p A parte de baixo de um quíton gumboot no laboratório de David Kisailus.
p (Phys.org) —Um professor assistente na Universidade da Califórnia, A Bourns College of Engineering da Riverside está usando os dentes de um caracol marinho encontrado na costa da Califórnia para criar materiais em nanoescala mais baratos e mais eficientes para melhorar as células solares e as baterias de íon-lítio. p As descobertas mais recentes de David Kisailus, professor assistente de engenharia química e ambiental, detalha como os dentes do quitão crescem. O artigo foi publicado hoje (16 de janeiro) na revista
Materiais Funcionais Avançados . Foi coautor de vários de seus atuais e ex-alunos e cientistas da Universidade de Harvard em Cambridge Mass., Chapman University em Orange, Laboratório Nacional da Califórnia e Brookhaven em Upton, NOVA IORQUE.
p O artigo é focado no quitão gumboot, o maior tipo de quíton, que pode ter até 30 centímetros de comprimento. Eles são encontrados ao longo da costa do Oceano Pacífico, da Califórnia central ao Alasca. Eles têm uma pele superior coriácea, que geralmente é marrom-avermelhado e ocasionalmente laranja, levando alguns a darem a ele o apelido de "bolo de carne errante".
p Hora extra, os chitons evoluíram para comer algas que crescem sobre e dentro das rochas usando um órgão raspador especializado chamado rádula, uma estrutura semelhante a uma correia transportadora na boca que contém 70 a 80 filas paralelas de dentes. Durante o processo de alimentação, as primeiras fileiras dos dentes são usadas para moer rocha e chegar às algas. Eles ficam desgastados, mas novos dentes são produzidos continuamente e entram na "zona de desgaste" na mesma velocidade em que os dentes caem.
p Uma série de imagens que mostram os dentes do quitão
p Kisailus, que usa a natureza como inspiração para projetar produtos e materiais de engenharia de próxima geração, começou a estudar chitons há cinco anos porque estava interessado em materiais resistentes à abrasão e ao impacto. Ele determinou anteriormente que os dentes de quíton contêm o biomineral mais duro conhecido na Terra, magnetita, que é o mineral chave que não só torna o dente duro, mas também magnético.
p No artigo recém-publicado, "Transformações de fase e desenvolvimentos estruturais nos dentes radulares de
Cryptochiton Stelleri , "Kisailus decidiu determinar como a região externa dura e magnética do dente se forma.
p Seu trabalho revelou que isso ocorre em três etapas. Inicialmente, cristais de óxido de ferro hidratado (ferrihidrita) nucleados em um molde orgânico quitinoso semelhante a fibra (açúcar complexo). Essas partículas nanocristalinas de ferrihidrita se convertem em um óxido de ferro magnético (magnetita) por meio de uma transformação de estado sólido. Finalmente, as partículas de magnetita crescem ao longo dessas fibras orgânicas, produzindo hastes paralelas dentro dos dentes maduros que os tornam tão duros e resistentes.
p "Incrivelmente, tudo isso ocorre à temperatura ambiente e em condições ambientalmente benignas, "Kisailus disse." Isso torna atraente a utilização de estratégias semelhantes para fazer nanomateriais de uma maneira econômica. "
p Kisailus está usando as lições aprendidas com essa via de biomineralização como inspiração em seu laboratório para orientar o crescimento de minerais usados em células solares e baterias de íon-lítio. Ao controlar o tamanho do cristal, forma e orientação de nanomateriais de engenharia, ele acredita que pode construir materiais que permitirão que as células solares e as baterias de íon-lítio operem com mais eficiência. Em outras palavras, as células solares serão capazes de capturar uma porcentagem maior de luz solar e convertê-la em eletricidade de forma mais eficiente e as baterias de íon-lítio podem precisar de muito menos tempo para recarregar.
p Usar o modelo de dentes de quitão tem outra vantagem:nanocristais de engenharia podem ser cultivados em temperaturas significativamente mais baixas, o que significa custos de produção significativamente mais baixos.
p Enquanto Kisailus está focado em células solares e baterias de íon-lítio, as mesmas técnicas podem ser usadas para desenvolver tudo, desde materiais para chassis de carros e aviões até roupas resistentes à abrasão. Além disso, compreender a formação e as propriedades dos dentes de quíton pode ajudar a criar melhores parâmetros de projeto para melhores brocas de óleo e brocas dentais.