La natura fornisce informazioni uniche sulle strategie di progettazione evolute dagli organismi viventi per costruire materiali robusti. In questo caso, il gruppo di ricerca è riuscito a creare un nuovo materiale resistente agli urti ispirato al club dattilo del gambero mantide. Il nuovo materiale potrebbe essere utilizzato in applicazioni che richiedono la resistenza a impatti ripetuti ad alta velocità di deformazione mantenendo l'integrità strutturale. I risultati della ricerca sono stati pubblicati il ​​1 settembre 2021 in Materiale avanzato .

Un gruppo di ricerca di VTT è riuscito a progettare e produrre un biocomposito mineralizzato che presenta un'elevata resistenza, rigidità, e tenacità alla frattura che ricorda il design architettonico del club dattilo del gambero mantide.

"Questi ipnotizzanti gamberetti sono una delle macchine per uccidere più letali della natura. In relazione alle loro piccole dimensioni, danno il pugno più forte nel regno animale. Distruggono la loro preda lanciando un paio di appendici rapaci simili a martelli con una velocità e una forza tremende maggiori dei proiettili di fucile durante la caccia a distanza ravvicinata, " spiega il dottor Pezhman Mohammadi, Ricercatore presso VTT. "Le fonti primarie di cibo dei gamberetti mantide sono gli organismi marini dal guscio duro, come i molluschi. Per arrivare al morbido, parte nutriente si cancellano direttamente attraverso questi esoscheletri altamente mineralizzati."

Studi precedenti hanno dimostrato che il club è un nanocomposito multifase ordinato gerarchicamente con proprietà meccaniche graduate. "Il club ha uno strato interno morbido che fornisce dissipazione di energia e un rigido, duro, e strato esterno resistente agli urti. Insieme, gli strati migliorano la tolleranza complessiva al danno del club. Entrambi i livelli hanno elementi costitutivi simili, ma in diverso contenuto relativo, forma polimorfa, e organizzazione. L'elemento costitutivo principale è costituito da nanofibrille di chitina ordinate elicoidalmente che sono incollate insieme da una matrice ricca di proteine, "racconta Mohammadi.

Combinazione di nanocristalli di cellulosa e proteine

Il gruppo di ricerca ha replicato questa struttura utilizzando elementi costitutivi e condizioni di elaborazione simili. Hanno assemblato un nuovo composto, che consiste di nanocristalli di cellulosa e due tipi di proteine ​​geneticamente modificate. Una proteina è stata progettata per aumentare la resistenza interfacciale del materiale e l'altra per mediare la nucleazione e la crescita dei cristalli di idrossiapatite. Questo nuovo composito è stato lavorato in forme complesse fabbricandolo in una corona di impianto dentale con modelli periodici di orientamento del micro-rinforzo, e un'architettura a doppio strato simile ai denti umani. Con ulteriori indagini, le proteine ​​potrebbero essere ingegnerizzate per fornire nuove caratteristiche al materiale.

Per applicazioni future, la scalabilità e le condizioni di lavorazione del materiale necessitano di ulteriori sviluppi.