Le immagini dei denti ultraduri Cryptochiton stelleri o gumboot chiton offrono informazioni sulla creazione di materiali avanzati, a basso costo e rispettosi dell'ambiente. Credito:Piccole strutture
I denti di un mollusco non solo possono catturare e masticare il cibo per nutrire il suo corpo, ma gli elicotteri marini contengono anche informazioni sulla creazione di materiali avanzati, a basso costo e rispettosi dell'ambiente.
David Kisailus, professore della UC Irvine, e lo studente laureato Taifeng Wang, entrambi in scienze dei materiali e ingegneria, hanno esaminato da vicino i denti ultraduri del Cryptochiton stelleri del Pacifico settentrionale o chitone di stivali di gomma. I loro risultati sono pubblicati in Small Structures Numero di aprile 2022.
"I risultati del nostro lavoro sono fondamentali, in quanto non solo forniscono una comprensione della precisione dei sistemi naturali nella mineralizzazione per formare materiali architettonici ad alte prestazioni, ma forniscono anche approfondimenti sui percorsi sintetici bioispirati a una nuova generazione di materiali avanzati in un ampio gamma di applicazioni, dai materiali resistenti all'usura ai sistemi di accumulo di energia", ha affermato Kisailus.
I chitoni di gomma sono invertebrati che si nutrono di piante che usano i loro denti ultraduri per raschiare e macinare i depositi di alghe dalle rocce costiere. Il team di Kisailus ha precedentemente scoperto che questi denti sono costruiti con nanobarre magnetiche altamente allineate, che forniscono forza e resistenza. Per capire meglio come si formano i nanorods, Kisailus e colleghi hanno utilizzato l'analisi nanostrutturale e chimica dei denti dei chitoni degli stivali di gomma durante la fase iniziale della maturità. Questa indagine ha rivelato, per la prima volta nei sistemi naturali, che nelle prime fasi dello sviluppo del dente, materiale fibroso organico preassemblato (chitina) guidava la formazione di questi bastoncelli attraverso un ossido di ferro mesocristallino altamente ordinato noto come ferriidrite.
Un ulteriore esame delle strutture mesocristalline ha portato alla luce un'architettura simile a sferulitica che spesso si trova nei materiali polimerici semicristallini. I ricercatori hanno determinato che ciascuna di queste particelle aveva una struttura organica sottostante (cioè proteine fosforilate accoppiate con la chitina preassemblata) che controllava la formazione e la crescita di queste particelle di ossido di ferro.
Ulteriori analisi hanno mostrato che la ferriidrite, una fase relativamente instabile dell'ossido di ferro, alla fine si è trasformata in magnetite mesocristallina (un materiale più stabile e magnetico) tramite una trasformazione di fase indotta dal taglio. È quindi cresciuto fino a formare la forma finale di nanobarre di magnetite ultradure continue nei denti completamente maturi tramite la maturazione di Ostwald, un processo mediante il quale le particelle più piccole si dissolvono e si ri-depositano per formare particelle più grandi.
Poiché questi materiali ultraduri sono sintetizzati a temperatura prossima alla stanza e in condizioni fisiologiche miti, capire come si formano potrebbe fornire una fabbricazione a basso costo ed ecologica di materiali ingegneristici con proprietà superiori. + Esplora ulteriormente
