La naturaleza proporciona información única sobre las estrategias de diseño desarrolladas por los organismos vivos para construir materiales robustos. En este caso, el grupo de investigación pudo crear un nuevo material resistente a los impactos inspirado en el club dactyl del camarón mantis. El nuevo material podría usarse en aplicaciones que requieran resistir impactos repetitivos de alta tasa de deformación mientras se mantiene la integridad estructural. Los resultados de la investigación se publicaron el 1 de septiembre de 2021 en Materiales avanzados .

Un grupo de investigación de VTT logró diseñar y producir un biocompuesto mineralizado que exhibía una alta resistencia, rigidez, y tenacidad a la fractura que se asemeja al diseño arquitectónico del club dáctilo del camarón mantis.

"Estos fascinantes camarones son una de las máquinas de matar más mortíferas de la naturaleza. En relación con su pequeño tamaño, dan el golpe más fuerte en el reino animal. Aplastan a sus presas lanzando un par de apéndices raptoriales con forma de martillo con una velocidad tremenda y una fuerza mayor que las balas de rifle durante la caza a corta distancia. "explica el Dr. Pezhman Mohammadi, Investigador científico en VTT. "Las principales fuentes de alimento del camarón mantis son los organismos marinos de caparazón duro, como los moluscos. Para llegar a lo suave parte nutritiva que destruyen directamente a través de estos exoesqueletos altamente mineralizados ".

Estudios anteriores han demostrado que el club es un nanocompuesto multifase ordenado jerárquicamente con propiedades mecánicas graduadas. "El palo tiene una capa interior suave que proporciona disipación de energía y rigidez, duro, y capa exterior resistente a los impactos. Juntos, las capas mejoran la tolerancia general al daño del palo. Ambas capas tienen bloques de construcción similares, pero en contenido relativo diferente, forma polimórfica, y organización. El bloque de construcción principal son nano-fibrillas de quitina ordenadas helicoidalmente que están pegadas entre sí por una matriz rica en proteínas, "dice Mohammadi.

Combinando nanocristales de celulosa y proteínas

El grupo de investigación replicó esta estructura utilizando bloques de construcción y condiciones de procesamiento similares. Ensamblaron un nuevo compuesto, que consta de nanocristales de celulosa y dos tipos de proteínas modificadas genéticamente. Una proteína se diseñó para aumentar la resistencia interfacial del material y la otra para mediar en la nucleación y el crecimiento de cristales de hidroxiapatita. Este nuevo compuesto se procesó en formas intrincadas mediante su fabricación en una corona de implante dental con patrones periódicos de orientación de micro-refuerzo, y una arquitectura de dos capas similar a los dientes humanos. Con más investigación, las proteínas podrían diseñarse para proporcionar nuevas características al material.

Para futuras aplicaciones, la escalabilidad y las condiciones de procesamiento del material necesitan un mayor desarrollo.