Come il polpettone errante ha ottenuto i suoi denti duri come la roccia

Uno stivale di gomma chetone non è una creatura affascinante. Grandi molluschi agglomerati strisciano lungo le acque della costa del Pacifico, trascinando il loro corpo bruno-rossastro su e giù per la costa. A volte è conosciuto, non irragionevolmente, come un “polpettone errante”. Ma l’umile corpo chetonico nasconde un mucchio di denti minuscoli ma enormi. Questi denti, che la creatura usa per raschiare le alghe dalle rocce, sono tra i materiali più duri conosciuti trovati in un organismo.

Ora, un team di scienziati ha scoperto un elemento sorprendente nei denti duri e rocciosi del chetone: un raro minerale a base di ferro che in precedenza esisteva solo nelle rocce reali. Le fini particelle metalliche, forti ma leggere, aiutano a rafforzare la radice del dente del mollusco, I ricercatori hanno riferito Nella rivista PNAS lunedì.

La scoperta potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare nuovi tipi di materiali, secondo gli scienziati, che hanno fornito una prova di principio creando un nuovo inchiostro ispirato ai chetoni per le stampanti 3D.

Il chetone si nutre pulendo la sua lingua flessibile simile a un nastro, nota come radula, lungo le rocce coperte di muschio. I loro denti molto duri sono allineati in file lungo una radice sottile. Un tubo lungo e cavo, noto come penna, fissa ciascun dente nella radiola.

Gli scienziati avevano precedentemente scoperto che la parte superiore dei denti chetonici contiene un minerale di ferro chiamato magnetite, ma sanno poco della formazione della penna. “Abbiamo appreso che la parte superiore del dente contiene ferro”, ha detto Linus Stegbauer, scienziato dei materiali presso l’Università di Stoccarda, in Germania, e primo autore dell’articolo. “Ma nella struttura radice, non avevamo idea di cosa stesse succedendo lì”.

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Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato i denti chetonici utilizzando una varietà di tecniche di imaging avanzate, inclusi diversi tipi di spettroscopia, che consentono agli scienziati di conoscere le proprietà chimiche e fisiche di una sostanza osservando come interagisce con la luce e altri tipi di radiazioni elettromagnetiche .

Hanno scoperto che la penna conteneva piccole particelle di un tipo di metallo a base di ferro sospeso in una matrice più morbida. (La matrice è fatta di chitina, il composto che costituisce gli esoscheletri di insetti e crostacei.)

Dopo ulteriori analisi, sono rimasti scioccati nello scoprire che le particelle minerali erano santabarbaraite, un minerale che non era stato precedentemente osservato negli organismi viventi prima. “E ‘stata tutta una serie di sorprese, e poi ha continuato ad arrivare”, ha detto Dirk Joyster, autore senior e scienziato dei materiali presso la Northwestern University.

La santabarbaraite è un minerale duro ma contiene meno ferro e più acqua della magnetite, il che la rende meno densa. Il minerale può consentire ai chetoni di costruire denti forti e leggeri riducendo la loro dipendenza dal ferro. “Il ferro è un materiale raro dal punto di vista fisiologico”, ha detto il dottor Joyster.

I ricercatori hanno anche scoperto che le particelle di santapariet non erano distribuite uniformemente in tutta la penna. Invece, erano concentrati nella parte superiore, più vicino alla superficie del dente, e divennero radi nella parte inferiore, dove lo stilo era attaccato al morbido pradoll. Questo modello di distribuzione creava un gradiente, rendendo lo stilo più rigido e rigido nella parte superiore e più flessibile nella parte inferiore.

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“Un organismo vivente ha un enorme controllo spaziale su dove andrà il minerale”, ha detto il dottor Joyster. “E questo è davvero, penso, ciò che ci ha fatto pensare a come usarlo per creare materiali. Se un organismo può progettarlo, possiamo fare lo stesso?”

I ricercatori hanno deciso di provare a creare una nuova stampante 3D “inchiostro” ispirata al dente chetogenico. Hanno iniziato con un composto simile alla chitina e poi hanno aggiunto due fluidi: uno contenente ferro e l’altro contenente fosfato. Mescolando gli ingredienti insieme si è ottenuta una pasta densa incrostata di piccole particelle di un minerale simile alla santaparpartite. “E poi è pronto per la stampa: puoi semplicemente trasferirlo su una stampante 3D”, ha detto il dottor Stegbauer.

L’inchiostro si induriva mentre si asciugava, ma le sue proprietà fisiche finali dipendevano dalla quantità di ferro e fosfati aggiunti alla miscela. Più sono aggiunte, più nanoparticelle si formano e il materiale finale diventa più rigido e più duro. Modificando la ricetta in questo modo, i ricercatori possono creare oggetti elastici ed estensibili come i calamari o duri e duri come le ossa.

“Dovrebbe essere possibile mescolare l’inchiostro in un rapporto che è possibile modificare subito prima della stampa”, ha affermato il dott. Juster. Ciò consentirebbe di modificare la composizione, la quantità di nanoparticelle e quindi la resistenza del materiale in volo. Ciò significa che puoi stampare materiali in cui la resistenza cambia in modo molto drastico su distanze relativamente brevi “.

Questa tecnologia potrebbe essere utile nel campo fiorente della robotica morbida, consentendo agli ingegneri di creare macchine rigide e rigide in alcuni punti e morbide e flessibili in altri. “Penso che sarebbe fantastico se potessi stampare tutte queste gradazioni nel struttura “, ha detto il dottor Goster.

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Elma Zito

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