Os dentes de um molusco podem não apenas capturar e mastigar alimentos para nutrir seu corpo, mas os helicópteros marinhos também têm insights sobre a criação de materiais avançados, de baixo custo e ecologicamente corretos.
David Kisailus, professor da UC Irvine e estudante de pós-graduação Taifeng Wang, tanto em ciência de materiais quanto em engenharia, observaram de perto os dentes ultrarrígidos do Cryptochiton stelleri do Pacífico Norte ou gumboot chiton. Suas descobertas são publicadas no Small Structures Edição de abril de 2022.

"As descobertas em nosso trabalho são críticas, pois não apenas fornecem uma compreensão da precisão dos sistemas naturais na mineralização para formar materiais arquitetados de alto desempenho, mas também fornecem insights sobre caminhos sintéticos bioinspirados para uma nova geração de materiais avançados em um amplo gama de aplicações de materiais resistentes ao desgaste para sistemas de armazenamento de energia", disse Kisailus.

Gumboot chitons são invertebrados herbívoros que usam seus dentes ultrarrígidos para raspar e triturar depósitos de algas das rochas costeiras. A equipe de Kisailus descobriu anteriormente que esses dentes são construídos com nanobastões magnéticos altamente alinhados, que fornecem força e resistência. Para entender melhor como os nanobastões são formados, Kisailus e colegas usaram análises nanoestruturais e químicas dos dentes dos chitons gumboot durante o estágio inicial de maturidade. Esta investigação revelou, pela primeira vez em sistemas naturais, que nos estágios iniciais do desenvolvimento do dente, o material fibroso orgânico pré-montado (quitina) guiou a formação dessas hastes através de um óxido de ferro mesocristalino altamente ordenado conhecido como ferridrita.

Um exame mais aprofundado das estruturas mesocristalinas revelou uma arquitetura semelhante a esferulítica frequentemente encontrada em materiais poliméricos semicristalinos. Os pesquisadores determinaram que cada uma dessas partículas tinha uma estrutura orgânica subjacente (ou seja, proteínas fosforiladas acopladas à quitina pré-montada) que controlava a formação e o crescimento dessas partículas de óxido de ferro.

Análises adicionais mostraram que a ferrihidrita, uma fase relativamente instável do óxido de ferro, acabou se transformando em magnetita mesocristalina (um material mais estável e magnético) por meio de uma transformação de fase induzida por cisalhamento. Em seguida, cresceu para formar a forma final de nanobastões de magnetita ultraduras contínuas nos dentes totalmente maduros através do amadurecimento de Ostwald, um processo pelo qual partículas menores se dissolvem e se depositam novamente para formar partículas maiores.

Uma vez que esses materiais ultraduros são sintetizados próximo à temperatura ambiente e sob condições fisiológicas amenas, a compreensão de como eles são formados pode proporcionar a fabricação de materiais de engenharia de baixo custo e ecologicamente corretos com propriedades superiores. + Explorar mais

Dentes magnéticos prometem materiais e energia