Bihirang Natuklasan ang Mineral sa isang Buhay na Organismo sa Unang Oras

Isang seksyon ng isang radula mula sa Crytochiton stelleri, na ipinapakita ang matigas, matibay na mga ngipin. Kredito: Northwestern University

Bihirang Mineral Mula sa Mga Bato na Natagpuan sa Mollusk Teeth

Northwestern University Ang mga mananaliksik, sa kauna-unahang pagkakataon, ay natuklasan ang isang bihirang mineral na nakatago sa loob ng ngipin ng isang chiton, isang malaking molusk na matatagpuan sa mabatong baybayin. Bago ang kakaibang sorpresa na ito, ang iron iron, na tinatawag na santabarbaraite, ay naitala lamang sa mga bato.

Ang bagong pagtuklas ay tumutulong upang maunawaan kung paano ang buong ngipin ng chiton-hindi lamang ang ultrahard, malakas na cusp-ay idinisenyo upang mapaglabanan ang pagnguya sa mga bato upang pakainin. Naaayon sa mga mineral na matatagpuan sa mga ngipin ng chiton, lumikha ang mga mananaliksik ng isang bio-inspired na tinta para sa 3D na naka-print na ultrahard, matigas at matibay na materyales.

“Ang mineral na ito ay natagpuan lamang sa mga specimen ng geological sa napakaliit na dami at hindi pa nakikita dati sa isang konteksto ng biological,” sabi ni Derk Joester ng Northwestern, ang senior na may-akda ng pag-aaral. “Ito ay may mataas na nilalaman ng tubig, na nagpapalakas sa mababang density. Sa palagay namin maaari nitong patigasin ang ngipin nang hindi naglalagay ng maraming timbang. “

Ang pag-aaral ay mai-publish sa linggong ito sa Pamamaraan ng National Academy of Science.

Chiton Teeth Scanning Electron Microphone Image

Pag-scan ng imahe sa pamamagitan ng electron microscropy ng mga chiton na ngipin.

Si Joester ay isang associate professor ng material science at engineering sa Northwestern’s McCormick School of Engineering at miyembro ng Chemistry of Life Processes Institute. Si Linus Stegbauer, isang kapwa postdoctoral sa Joester’s laboratory, ay ang unang may-akda ng papel. Sa Northwestern sa oras ng pagsasaliksik, si Stegbauer ay naging punong investigator ngayon sa Institute of Interfacial Process Engineering at Plasma Technology sa University of Stuttgart sa Alemanya.

Single Tooth Head at High Stylus

Ang pagbibigay ng isang virtual na seksyon na may isang ulo ng ngipin at mahabang stylus, na ginawa mula sa isang muling pagbubuo ng 3D na katulad ng synchrotron microcomputer tomography. Kredito: Northwestern University

Ang isa sa mga pinaka-mahirap-alam na mga materyales sa kalikasan, ang mga ngipin ng chiton ay nakapaloob sa isang malambot, binago, tulad ng dila na radula, na naghuhugas ng mga bato upang makolekta ang algae at iba pang pagkain. Matagal nang pinag-aralan ang mga ngipin ng chiton, si Joester at ang kanyang tem sa taong ito ay nagpunta sa Cryptochiton stelleri, isang higanteng, mapula-pula-kayumanggi chiton na minsang hinahangad na tinatawag na “naguguluhan na meatloaf.”

Upang suriin ang ngipin mula sa Cryptochiton stelleri, ang koponan ni Joester ay nakipagsosyo kay Ercan Alp, isang matandang siyentipiko ng Advanced Photon Source sa Argonne National Laboratory, upang magamit ang synchrotron Mössbauer spectroscopy sa pasilidad pati na rin kay Paul Smeets upang manipulahin ang paghahatid. Electron microscopy sa Northwestern University Atomic at Nanoscale Characterization and Experiment (NUANCE) Gitna. Natagpuan nila ang santabarbaraite na nakakalat sa mahabang stylus ng chiton, isang matangkad, guwang na istraktura na nag-uugnay sa ulo ng ngipin sa binagong radula membrane.

“Ang stylus ay tulad ng ugat ng isang ngipin ng tao, na kumokonekta sa dulo ng aming ngipin sa aming panga,” sabi ni Joester. “Ito ay isang matigas na materyal na binubuo ng mas maliit na mga nanoparticle sa isang fibrous matrix na binubuo ng biomacromolecules, katulad ng mga buto sa ating katawan.”

Hinahamon ng koponan ni Joester ang kanilang sarili na gawin ang materyal na ito sa isang tinta na idinisenyo para sa 3D na pag-print. Ang Stegbauer ay bumuo ng isang reaktibong tinta na binubuo ng mga iron at phosphate ions na halo-halong may isang biopolymer na nagmula sa chitin. Kasama si Shay Wallace, isang mag-aaral na nagtapos sa Hilagang-Kanluran sa lab ni Mark Hersam, nalaman ng Stegbauer na mahusay ang pag-print ng tinta kapag naihalo kaagad bago mag-print.

Baga at tuluy-tuloy na nauuna na wakas ng radula

Ang bibig at nakausli na nauunang dulo ng radula. Kredito: Northwestern University

“Habang ang mga nanoparticle ay nabuo sa biopolymer, lumalakas sila at mas malapot. Ang halo na ito ay madaling magamit para sa pagpi-print. Ang kasunod na pagpapatayo ng hangin ay magreresulta sa isang mas mahirap at mahirap na pangwakas na materyal,” aniya. Ni Joester.

“Ang mga istrakturang mekanikal ay mabuti lamang sa kanilang pinakamahina na link, kaya magiging kawili-wiling malaman kung paano malulutas ng chiton ang problema sa engineering kung paano ikonekta ang ngipin ng ultrahard na ito sa isang malambot na istrakturang nagbubuklod.
Si Derk Joester, mga material scientist

Naniniwala si Joester na maaari naming magpatuloy na matuto mula at bumuo ng mga materyales na inspirasyon ng chiton’s stylus, na kumokonekta sa matapang na ngipin na may malambot na radula.

“Matagal na kaming naaakit sa chiton,” aniya. Ang mga istrakturang mekanikal ay mabuti lamang sa kanilang pinakamahina na link, kaya magiging kawili-wiling malaman kung paano malulutas ng chiton ang problema sa engineering kung paano ikonekta ang ngipin ng ultrahard na ito sa isang malambot na istrakturang nagbubuklod. Ito ay nananatiling isang mahalagang hamon sa modernong paggawa, kaya’t tinitingnan namin ang mga organismo tulad ng chiton upang makita kung paano ito ginawa sa kalikasan, na mayroong isang daang milyong taon ng lead time upang paunlarin. “

3D-Inspired Composite Prints sa 3D

Pag-print ng 3D ng mga sangkap na inspirasyon ng bio. Kredito: Northwestern University

Ang pag-aaral, “Pagpapatuloy ng polyamorphism sa mga ngipin ng chiton: Mula sa isang bagong biomaterial inks para sa additive manufacturing,” ay suportado ng National Science Foundation (mga numero ng award na DMR-1508399 at DMR-1905982), National Institutes of Health (award number NIH- DE026952 ), Air Force Research Laboratory (award number FA8650-15-2-5518) at Deutsche Forschungsgemeinschaft (award number STE2689 / 1-1).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.