p Pesquisadores da Northwestern University têm, pela primeira vez, descobriu um mineral raro escondido dentro dos dentes de um quíton, um grande molusco encontrado ao longo da costa rochosa. Antes desta estranha surpresa, o mineral de ferro, chamado santabarbaraite, só tinha sido documentado em rochas. p A nova descoberta ajuda a entender como todo o dente de quíton - não apenas o ultra-duro, cúspide durável - projetada para suportar a mastigação de pedras para se alimentar. Com base em minerais encontrados nos dentes de quitão, os pesquisadores desenvolveram uma tinta bioinspirada para impressão 3D ultrahard, materiais rígidos e duráveis.

p "Este mineral só foi observado em espécimes geológicos em quantidades muito pequenas e nunca antes foi visto em um contexto biológico, "disse Derk Joester da Northwestern, o autor sênior do estudo. “Possui alto teor de água, o que o torna forte com baixa densidade. Achamos que isso pode endurecer os dentes sem adicionar muito peso. "

p O estudo será publicado na semana de 31 de maio no Proceedings of the National Academy of Sciences .

p Joester é professor associado de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering da Northwestern. Linus Stegbauer, um ex-pós-doutorado no laboratório de Joester, é o primeiro autor do artigo. Na Northwestern durante a pesquisa, Stegbauer é agora o investigador principal do Instituto de Engenharia de Processos Interfaciais e Tecnologia de Plasma da Universidade de Stuttgart, na Alemanha.

p Um dos materiais mais duros conhecidos na natureza, dentes de quíton são presos a um flexível, rádula semelhante a uma língua, que raspa pedras para coletar algas e outros alimentos. Tendo estudado longamente os dentes de quíton, Joester e sua equipe recentemente se voltaram para Cryptochiton stelleri, um gigante, quíton marrom-avermelhado que às vezes é carinhosamente chamado de "bolo de carne errante".

p Para examinar um dente de Cryptochiton stelleri, A equipe de Joester colaborou com Ercan Alp, um cientista sênior da Fonte Avançada de Fótons do Laboratório Nacional de Argonne, para usar a espectroscopia Mössbauer síncrotron da instalação, bem como com Paul Smeets para usar microscopia eletrônica de transmissão no Centro de Caracterização e Experimento (NUANCE) Atômico e em Nanoescala da Northwestern University. Eles encontraram santabarbaraíte disperso por todo o estilete superior do quíton, ao longo, estrutura oca que conecta a cabeça do dente à membrana flexível da rádula.

p "A caneta é como a raiz de um dente humano, que conecta a cúspide do nosso dente à nossa mandíbula, "Joester disse." É um material resistente composto de nanopartículas extremamente pequenas em uma matriz fibrosa feita de biomacromoléculas, semelhantes aos ossos do nosso corpo. "

p O grupo de Joester se desafiou a recriar esse material em uma tinta projetada para impressão 3D. Stegbauer desenvolveu uma tinta reativa que compreende íons de ferro e fosfato misturados em um biopolímero derivado da quitina. Junto com Shay Wallace, um estudante de graduação da Northwestern no laboratório de Mark Hersam, Stegbauer descobriu que a tinta imprimia bem quando misturada imediatamente antes da impressão.

p "À medida que as nanopartículas se formam no biopolímero, fica mais forte e mais viscoso. Essa mistura pode então ser facilmente usada para impressão. A secagem subsequente ao ar leva ao material final duro e rígido, "Joester disse. Joester acredita que podemos continuar a aprender e desenvolver materiais inspirados na caneta do chiton, que conecta dentes ultra-duros a uma rádula mole.

p "Há muito tempo que somos fascinados pelo quíton, "disse ele." As estruturas mecânicas são tão boas quanto o seu elo mais fraco, portanto, é interessante aprender como o quíton resolve o problema de engenharia de como conectar seu dente ultraduro a uma estrutura subjacente macia. Este continua sendo um desafio significativo na fabricação moderna, então olhamos para organismos como o quíton para entender como isso é feito na natureza, que teve algumas centenas de milhões de anos de prazo de desenvolvimento para se desenvolver. "