A natureza oferece uma visão única das estratégias de design desenvolvidas por organismos vivos para construir materiais robustos. Nesse caso, o grupo de pesquisa conseguiu criar um novo material resistente ao impacto inspirado no clube dáctilo do camarão mantis. O novo material pode ser usado em aplicações que exigem resistência a impactos repetitivos de alta taxa de deformação, mantendo a integridade estrutural. Os resultados da pesquisa foram publicados em 1 de setembro de 2021 em Materiais avançados .

Um grupo de pesquisa da VTT teve sucesso em projetar e produzir um biocompósito mineralizado exibindo alta resistência, rigidez, e resistência à fratura que lembra o projeto arquitetônico do clube dáctilo do camarão mantis.

"Esses camarões hipnotizantes são uma das máquinas de matar mais mortíferas da natureza. Em relação ao seu pequeno tamanho, eles dão o soco mais forte do reino animal. Eles esmagam suas presas lançando um par de apêndices raptoriais em forma de martelo com uma velocidade e força tremendas maiores do que as de balas de rifle durante a caça de curta distância, "explica o Dr. Pezhman Mohammadi, Cientista Pesquisador da VTT. "As principais fontes de alimento do camarão mantis são organismos marinhos de casca dura, como moluscos. Para chegar ao ponto fraco, parte nutritiva eles obliteram direto por esses exoesqueletos altamente mineralizados. "

Estudos anteriores mostraram que o clube é um nanocompósito multifásico hierarquicamente ordenado com propriedades mecânicas graduadas. "O clube tem uma camada interna macia que fornece dissipação de energia e uma estrutura rígida, duro, e camada externa resistente a impactos. Juntos, as camadas aumentam a tolerância geral a danos do clube. Ambas as camadas têm blocos de construção semelhantes, mas em conteúdo relativo diferente, forma polimórfica, e organização. O bloco de construção principal são nano-fibrilas de quitina ordenadas helicoidalmente que são coladas por uma matriz rica em proteínas, "diz Mohammadi.

Combinando nanocristais de celulose e proteínas

O grupo de pesquisa replicou essa estrutura usando blocos de construção e condições de processamento semelhantes. Eles montaram um novo composto, que consiste em nanocristais de celulose e dois tipos de proteínas geneticamente modificadas. Uma proteína foi projetada para aumentar a resistência interfacial do material e a outra para mediar a nucleação e o crescimento dos cristais de hidroxiapatita. Este novo compósito foi processado em formas intrincadas fabricando-o em uma coroa de implante dentário com padrões periódicos de orientação de micro-reforço, e uma arquitetura de duas camadas semelhante aos dentes humanos. Com mais investigação, as proteínas podem ser projetadas para fornecer novas características ao material.

Para aplicações futuras, a escalabilidade e as condições de processamento do material precisam de mais desenvolvimento.