p Então, você pensou que o grande tubarão branco fictício comedor de gente no filme "Tubarão" tinha uma mordida poderosa. p Mas não esqueça a poderosa boca do peixe-papagaio - seus dentes resistentes permitem que ele mastigue corais o dia todo, em última análise, mastigando e triturando-o até virar areia fina por meio da digestão. Isso mesmo:seu "bico" cria praias. Um único peixe-papagaio pode produzir centenas de quilos de areia por ano.

p Agora, um estudo feito por cientistas - incluindo aqueles do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) - revelou uma microestrutura tecida semelhante a uma cota de malha que dá aos dentes do peixe-papagaio sua notável mordida e resiliência.

p A estrutura natural que observaram também fornece um plano para a criação de materiais sintéticos ultraduráveis ​​que podem ser úteis para componentes mecânicos em eletrônica, e em outros dispositivos que passam por movimentos repetitivos, abrasão, e estresse de contato.

p Matthew Marcus, um cientista da equipe que trabalhava no Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS) - uma fonte de raios-X conhecida como fonte de luz síncrotron que era parte integrante do estudo do peixe-papagaio - ficou intrigado com o peixe-papagaio durante uma visita de 2012 à Grande Barreira de Corais ao largo da costa da Austrália.

p Um vídeo sobre a vida marinha que ele assistiu em um barco turístico oceânico o lembrou do papel do peixe-papagaio na transformação de corais em areia fina. Eles se alimentam principalmente de pólipos e algas que vivem na superfície dos esqueletos de coral, e ajuda a limpar recifes. A dureza dos dentes do peixe-papagaio medida perto da superfície de mordida é de cerca de 530 toneladas de pressão por polegada quadrada - equivalente a uma pilha de cerca de 88 elefantes africanos - comprimida em uma polegada quadrada de espaço.

p "Lembrei-me de que este é um peixe que mastiga coral o dia todo, e é responsável por grande parte da areia branca das praias, "Marcus disse." Mas como esse peixe pode comer coral e não perder os dentes? "

p De volta ao ALS, Marcus perguntou a Pupa Gilbert - uma biofísica e professora do Departamento de Física da Universidade de Wisconsin-Madison que estuda como os seres vivos produzem minerais - se ela estava interessada em estudar os dentes do peixe-papagaio.

p Gilbert disse que ela "respondeu com entusiasmo" ao desafio. Ela liderou uma equipe internacional no estudo, recebendo bicos de papagaio de colaboradores na Polinésia Francesa. Seus colaboradores da Universidade Técnica de Nanyang em Cingapura - Ali Miserez, um professor associado que estuda materiais biológicos com propriedades únicas, e seu grupo - realizaram medições mecânicas para o estudo. Gilbert realizou a maioria dos estudos estruturais para entender como os dentes do peixe-papagaio funcionam.

p Marcus foi o primeiro autor deste último estudo, liderado por Gilbert e publicado online em 20 de outubro na revista ACS Nano . Gilbert já havia incluído Marcus em um de seus estudos que se concentrava no nácar, o resistente à fratura, revestimento iridescente conhecido como madrepérola que reveste o interior de algumas conchas de moluscos. Nacre inspirou o trabalho de P&D para imitar suas propriedades de resistência usando materiais sintéticos.

p Este e outros estudos semelhantes se basearam em uma técnica conhecida como mapeamento PIC (polarization-dependente imaging contrast), que Gilbert inventou e continua a desenvolver na ALS. No mapeamento PIC, a polarização dos raios X é girada para permitir a análise e exibição da orientação do cristal em nanoescala em nácar e outros biominerais.

p "O ALS é o primeiro lugar onde o mapeamento PIC foi feito, "disse Gilbert." Você pode entender rapidamente como cada nanocristal em uma determinada imagem é orientado. "

p Ela adicionou, "Se você está olhando para um dente, ou um osso, ou uma concha de molusco, ou um pedaço de coral, isso é superinteressante. Diz a você como os nanocristais são arranjados uns em relação aos outros. Você pode ver essas belas imagens que parecem melhores do que arte abstrata, e aprenda como os biominerais se formam e funcionam. "

p Neste último estudo, Gilbert, Marcus, e Miserez queria ver como a fina estrutura de cristal dos dentes do peixe-papagaio contribui para sua incrível força. Os pesquisadores foram capazes de visualizar a orientação de cristais individuais, que mostrava sua estrutura intrincada.

p Fluorapatita, o mineral responsável pela estrutura cristalina dos dentes do peixe-papagaio, contém cálcio, flúor, fósforo, e oxigênio.

p O estudo mostrou que os cristais de fluorapatita que dão aos dentes do peixe-papagaio sua força medem, cada um, cerca de 100 nanômetros (bilionésimos de metro) de largura e vários mícrons (milionésimos de metro) de comprimento, e são montados em feixes entrelaçados. Os feixes diminuem em diâmetro médio de cerca de 5 mícrons para cerca de 2 mícrons em direção à ponta de cada dente.

p Embora o esmalte dentário de muitas espécies diferentes de animais possa parecer semelhante aos microscópios convencionais, Gilbert observou que essas imagens podem ignorar a orientação única dos cristais na estrutura do esmalte dos dentes. E a orientação do cristal, ela disse, "conta uma grande história sobre como diferentes dentes são especializados para diferentes funções."

p No caso do peixe papagaio, as fileiras de dentes em crescimento contínuo, que formam uma estrutura semelhante a um bico que substitui constantemente os mais velhos, dentes gastos com dentes novos, também são parte integrante de seu comportamento alimentar especializado. Apenas os chitons têm dentes mais duros do que o peixe-papagaio, Gilbert disse, e nenhum outro biomineral é mais rígido do que os dentes do peixe-papagaio em sua ponta.

p "Os dentes do peixe-papagaio são os biominerais mais legais de todos, "Gilbert disse." Eles são os mais rígidos, entre os mais difíceis, e o mais resistente à fratura e à abrasão já medido. "Os peixes-papagaio têm cerca de 1, 000 dentes situados em cerca de 15 filas, e cada dente é cimentado a todos os outros e rodeado por osso para formar um bico sólido - dentes de tubarão, por contraste, não estão interligados desta forma.

p As medidas mecânicas para o estudo, que se concentrou em amostras de dentes de um peixe-papagaio cabeçudo (Chlorurus microrhinos), descobriram que a dureza e a rigidez aumentam em direção à ponta de cada dente. Os experimentos de mapeamento PIC no ALS revelaram que conforme a dureza e a rigidez aumentam, o diâmetro dos feixes de cristal diminui.

p Além do estudo de mapeamento PIC, que usou uma ferramenta conhecida como microscópio eletrônico de fotoemissão (PEEM) no ALS, experimentos ALS separados usaram uma tecnologia de imagem 3-D conhecida como microtomografia de raios-X e outro método de raios-X conhecido como microdifração para analisar ainda mais as orientações do cristal e as tensões dos dentes.

p "A característica entrelaçada e as orientações do cristal estão completamente abertas para serem exploradas para a produção de materiais sintéticos, "disse Gilbert." Tecelagem é uma das coisas mais antigas que as pessoas aprenderam a fazer. Você pode pensar em realmente tecer cristais, já que os cristais se tornam flexíveis quando são muito finos. "

p Já, Gilbert notou, existem muitos esforços bem desenvolvidos para replicar a estrutura do esmalte humano usando métodos de nanofabricação.

p Gilbert e Marcus sugeriram que futuros experimentos no ALS poderiam se concentrar em um conjunto separado de dentes (dentes da faringe) que quebram ainda mais pedaços de coral na garganta do peixe-papagaio.

p "O céu é o limite neste ponto, "Gilbert disse." Esta primeira observação das propriedades mecânicas é emocionante, e agora muito mais trabalho pode ser feito nas propriedades estruturais. "