¿Cómo consiguió «Stray Meat» sus dientes duros?

Gumboot chiton no es una criatura glamorosa. Moluscos grandes y escarpados se arrastran a lo largo de las aguas del Océano Pacífico, arrastrando el cuerpo de color marrón rojizo hacia arriba y hacia abajo de la orilla. A veces se le conoce, con razón, como «carne errante». Pero el cuerpo inseguro del quitón esconde unos dientes pequeños pero horribles. Estos dientes, que la criatura usa para raspar las algas de las rocas, son una de las sustancias más difíciles del organismo vivo.

Ahora, un equipo de científicos ha descubierto un componente sorprendente de la dentadura Keaton. Un mineral raro a base de hierro que antes solo se encontraba en rocas reales. Pequeñas partículas minerales que son fuertes pero ligeras ayudan a endurecer los dientes blandos informe de los investigadores Lunes en Revista PNAS.

Según los científicos, el descubrimiento podría ayudar a los ingenieros a desarrollar nuevos tipos de materiales que han proporcionado pruebas sólidas al crear una nueva tinta inspirada en Chiton para impresoras 3-D.

El quitón se alimenta de rocas cubiertas de algas, barriendo su lengua flexible y afilada, conocida como rádula. Sus dientes extremos están dispuestos en filas a lo largo de la suave rádula. Un tubo largo y hueco conocido como aguja sujeta cada diente al radio.

Los científicos han descubierto anteriormente que hay un mineral de hierro llamado magnetita en las partes superiores de los dientes del quitón, pero sabían menos sobre la composición del lápiz óptico. «Sabíamos que había hierro en la parte superior del diente», dijo Linus Stegbauer, científico de materiales de la Universidad de Stuttgart en Alemania y primer autor del periódico. «Pero en la estructura raíz, no teníamos idea de lo que estaba pasando allí».

En un nuevo estudio, los investigadores analizaron los dientes de quitón utilizando una variedad de técnicas de imágenes avanzadas, incluidos varios tipos de espectroscopia, que permiten a los científicos aprender sobre las propiedades químicas y físicas de una sustancia al observar cómo interactúa con la luz y otros tipos de radiación electromagnética. .

Descubrieron que la aguja contenía pequeñas partículas de un mineral a base de hierro suspendidas en una matriz más blanda. (La matriz consiste en quitina, el compuesto que forma los exoesqueletos de insectos y cangrejos de río).

Después de un análisis más detallado, se sorprendieron al descubrir que las partículas minerales eran santabarbita, un mineral que nunca antes se había visto en los seres vivos. «Fueron un montón de sorpresas, y luego simplemente se dieron la vuelta», dijo Derk Yoster, autor principal y científico de materiales de la Universidad Northwestern.

La santabarbaraita es un mineral sólido, pero contiene menos hierro, más agua que la magnetita, lo que la hace menos densa. El mineral puede permitir que el quitón forme dientes fuertes y ligeros al tiempo que reduce su dependencia del hierro. «El hierro es una sustancia fisiológicamente rara», dijo el Dr. Jo Oester.

Los investigadores también encontraron que las partículas de Santa Bárbara no estaban distribuidas uniformemente por todo el lápiz. En cambio, se centraron en la parte superior, más cerca de la superficie del diente, volviéndose más delgados en la parte inferior, donde el lápiz se unía a la rádula blanda. Este huevo de distribución creó un gradiente, haciendo que el más duro en la parte superior y más flexible en la parte inferior.

«El cuerpo tiene un tremendo control espacial sobre a dónde va el mineral», dijo el Dr. Jo Wester. “Y realmente, supongo, nos hizo pensar en cómo podría usarse para crear materiales. Si el cuerpo puede imitarlo, ¿podemos hacer lo mismo? «

Los investigadores decidieron intentar crear una nueva «tinta» de impresora 3D inspirada en el diente de quitón. Comenzaron con un compuesto de este tipo en la nariz, luego agregaron dos líquidos. Uno que contiene hierro և un fosfato. Cuando se mezclaron los ingredientes, se obtuvo una pasta espesa, que se rellenó con pequeñas partículas de un mineral similar a Santa Bárbara. «Y luego está listo para imprimir. Simplemente puede transferirlo a su impresora 3D ”, dijo el Dr. Stgbauer.

La tinta se endureció a medida que se secaba, pero sus propiedades físicas finales dependían de la cantidad de fosfato de hierro que se añadiera a la mezcla. Cuanto más se añadió, más nanopartículas se formaron, más harder el material final se volvió más duro :. Al moler la receta de esta manera, los investigadores pudieron crear objetos que fueran tan flexibles como la goma de caucho o tan duros como los huesos.

«Debería ser posible mezclar la tinta en una proporción que pueda cambiar justo antes de imprimir», dijo el Dr. Jo Wester. “Y te permitirá cambiar la composición, el número de nanopartículas y luego la resistencia del material sobre la marcha. Eso significa que puede imprimir materiales donde la fuerza cambia drásticamente en distancias relativamente cortas «.

La técnica puede ser útil en el creciente campo de la robótica blanda, permitiendo a los ingenieros crear rígido-rígido en algunos lugares y frágil-obediente en otros. de estos gradientes a la estructura «.