La parte inferior de un quitón de botas de goma en el laboratorio de David Kisailus.
(Phys.org):profesor asistente de la Universidad de California, El Bourns College of Engineering de Riverside está utilizando los dientes de un caracol marino que se encuentra en la costa de California para crear materiales a nanoescala menos costosos y más eficientes para mejorar las células solares y las baterías de iones de litio.
Los hallazgos más recientes de David Kisailus, un profesor asistente de ingeniería química y ambiental, detalla cómo crecen los dientes de quitón. El artículo fue publicado hoy (16 de enero) en la revista Materiales funcionales avanzados . Fue coautor de varios de sus estudiantes y científicos actuales y anteriores en la Universidad de Harvard en Cambridge Mass., Universidad Chapman en Orange, Laboratorio Nacional de California y Brookhaven en Upton, NUEVA YORK.
El artículo se centra en el quitón de botas de goma, el tipo más grande de quitón, que puede medir hasta un pie de largo. Se encuentran a lo largo de las costas del Océano Pacífico desde el centro de California hasta Alaska. Tienen una piel superior correosa, que suele ser de color marrón rojizo y ocasionalmente naranja, lo que lleva a algunos a darle el sobrenombre de "pastel de carne errante".
Tiempo extraordinario, los quitones han evolucionado para comer algas que crecen sobre y dentro de las rocas utilizando un órgano raspador especializado llamado rádula, una estructura en forma de cinta transportadora en la boca que contiene de 70 a 80 filas paralelas de dientes. Durante el proceso de alimentación, las primeras filas de dientes se utilizan para moler la roca y llegar a las algas. Se desgastan pero los dientes nuevos se producen continuamente y entran en la "zona de desgaste" al mismo ritmo que se desprenden los dientes.
Una serie de imágenes que muestran los dientes del quitón.
Kisailus, que utiliza la naturaleza como inspiración para diseñar productos y materiales de ingeniería de próxima generación, comenzó a estudiar quitones hace cinco años porque estaba interesado en materiales resistentes a la abrasión y al impacto. Él ha determinado previamente que los dientes de quitón contienen el biomineral más duro conocido en la Tierra, magnetita, que es el mineral clave que no solo endurece el diente, pero también magnético.
En el artículo recién publicado, "Transformaciones de fase y desarrollos estructurales en los dientes radulares de Cryptochiton stelleri , "Kisailus se propuso determinar cómo se forma la región externa dura y magnética del diente.
Su trabajo reveló que esto ocurre en tres pasos. Inicialmente, Los cristales de óxido de hierro hidratado (ferrihidrita) se nuclean en una plantilla orgánica quitinosa (azúcar complejo) similar a una fibra. Estas partículas de ferrihidrita nanocristalinas se convierten en un óxido de hierro magnético (magnetita) a través de una transformación de estado sólido. Finalmente, las partículas de magnetita crecen a lo largo de estas fibras orgánicas, produciendo varillas paralelas dentro de los dientes maduros que los hacen tan duros y resistentes.
"Increíblemente, todo esto ocurre a temperatura ambiente y en condiciones ambientalmente benignas, ", Dijo Kisailus." Esto hace que sea atractivo utilizar estrategias similares para hacer nanomateriales de una manera rentable ".
Kisailus está utilizando las lecciones aprendidas de esta vía de biomineralización como inspiración en su laboratorio para guiar el crecimiento de minerales utilizados en células solares y baterías de iones de litio. Controlando el tamaño del cristal, forma y orientación de nanomateriales de ingeniería, él cree que puede construir materiales que permitirán que las células solares y las baterías de iones de litio funcionen de manera más eficiente. En otras palabras, las células solares podrán capturar un mayor porcentaje de luz solar y convertirla en electricidad de manera más eficiente y las baterías de iones de litio podrían necesitar mucho menos tiempo para recargarse.
El uso del modelo de dientes de quitón tiene otra ventaja:los nanocristales de ingeniería se pueden cultivar a temperaturas significativamente más bajas, lo que significa costos de producción significativamente más bajos.
Mientras que Kisailus se centra en células solares y baterías de iones de litio, las mismas técnicas podrían usarse para desarrollar todo, desde materiales para armazones de automóviles y aviones hasta ropa resistente a la abrasión. Además, comprender la formación y las propiedades de los dientes de quitón podría ayudar a crear mejores parámetros de diseño para mejores taladros de aceite y brocas dentales.
