Em pesquisas que podem informar futuros nanomateriais de alto desempenho, uma equipe liderada pela Universidade de Michigan descobriu pela primeira vez como os moluscos constroem estruturas ultraduráveis ​​com um nível de simetria que supera tudo no mundo natural, com exceção de átomos individuais.
"Nós, humanos, com todo o nosso acesso à tecnologia, não podemos fazer algo com uma arquitetura em nanoescala tão intrincada quanto uma pérola", disse Robert Hovden, professor assistente de ciência e engenharia de materiais da U-M e autor do artigo. "Assim, podemos aprender muito estudando como as pérolas vão do nada desordenado para essa estrutura notavelmente simétrica."

A análise foi feita em colaboração com pesquisadores da Australian National University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Western Norway University e Cornell University.

Publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences , o estudo descobriu que a simetria de uma pérola se torna cada vez mais precisa à medida que ela é construída, respondendo a perguntas seculares sobre como a desordem em seu centro se torna uma espécie de perfeição.

Camadas de nácar, o composto orgânico-inorgânico iridescente e extremamente durável que também compõe as conchas de ostras e outros moluscos, são construídos sobre um fragmento de aragonita que circunda um centro orgânico. As camadas, que compõem mais de 90% do volume de uma pérola, tornam-se progressivamente mais finas e mais próximas à medida que se desenvolvem para fora do centro.

Talvez a descoberta mais surpreendente seja que os moluscos mantêm a simetria de suas pérolas ajustando a espessura de cada camada de nácar. Se uma camada é mais espessa, a próxima tende a ser mais fina e vice-versa. A pérola retratada no estudo contém 2.615 camadas finamente combinadas de nácar, depositadas ao longo de 548 dias.

"Essas camadas finas e lisas de nácar parecem um pouco com lençóis, com matéria orgânica no meio", disse Hovden. "Há interação entre cada camada, e nós hipotetizamos que essa interação é o que permite que o sistema corrija à medida que avança."

A equipe também descobriu detalhes sobre como funciona a interação entre as camadas. Uma análise matemática das camadas da pérola mostra que elas seguem um fenômeno conhecido como "ruído 1/f", onde uma série de eventos que parecem aleatórios são conectados, com cada novo evento influenciado pelo anterior. Foi demonstrado que o ruído 1/f governa uma ampla variedade de processos naturais e feitos pelo homem, incluindo atividade sísmica, mercados econômicos, eletricidade, física e até música clássica.

"Quando você joga dados, por exemplo, cada jogada é completamente independente e desconectada de todas as outras jogadas. Mas o ruído 1/f é diferente porque cada evento está vinculado", disse Hovden. "Não podemos prever, mas podemos ver uma estrutura no caos. E dentro dessa estrutura há mecanismos complexos que permitem que as milhares de camadas de nácar de uma pérola se unam em direção à ordem e precisão."

A equipe descobriu que as pérolas carecem de uma verdadeira ordem de longo alcance – o tipo de simetria cuidadosamente planejada que mantém as centenas de camadas em edifícios de tijolos consistentes. Em vez disso, as pérolas exibem uma ordem de médio alcance, mantendo a simetria por cerca de 20 camadas por vez. Isso é suficiente para manter a consistência e a durabilidade das milhares de camadas que compõem uma pérola.

A equipe reuniu suas observações estudando as pérolas Akoya "keshi", produzidas pela ostra Pinctada imbricata fucata perto da costa leste da Austrália. Eles selecionaram essas pérolas em particular, que medem cerca de 50 milímetros de diâmetro, porque se formam naturalmente, ao contrário das pérolas cultivadas em miçangas, que têm um centro artificial. Cada pérola foi cortada com uma serra de fio diamantado em seções de três a cinco milímetros de diâmetro, depois polida e examinada sob um microscópio eletrônico.

Hovden diz que as descobertas do estudo podem ajudar a informar materiais de próxima geração com arquitetura em nanoescala precisamente em camadas.

"Quando construímos algo como um prédio de tijolos, podemos construir periodicamente por meio de planejamento cuidadoso, medição e modelagem", disse ele. "Os moluscos podem alcançar resultados semelhantes em nanoescala usando uma estratégia diferente. Portanto, temos muito a aprender com eles, e esse conhecimento pode nos ajudar a fabricar materiais mais fortes e mais leves no futuro." + Explorar mais

O novo material imita a força e a resistência da madrepérola