Los dientes de un molusco no solo pueden capturar y masticar alimentos para nutrir su cuerpo, sino que los helicópteros marinos también brindan información sobre la creación de materiales avanzados, de bajo costo y amigables con el medio ambiente.

David Kisailus, profesor de UC Irvine y estudiante graduado Taifeng Wang, tanto en ciencia de materiales como en ingeniería, observó de cerca los dientes ultraduros del Cryptochiton stelleri del Pacífico Norte o quitón de bota de goma. Sus hallazgos se publican en Small Structures Número de abril de 2022.

"Los hallazgos de nuestro trabajo son críticos, ya que no solo brindan una comprensión de la precisión de los sistemas naturales en la mineralización para formar materiales arquitectónicos de alto rendimiento, sino que también brindan información sobre las vías sintéticas bioinspiradas hacia una nueva generación de materiales avanzados en un amplio gama de aplicaciones, desde materiales resistentes al desgaste hasta sistemas de almacenamiento de energía", dijo Kisailus.

Los quitones de botas de goma son invertebrados herbívoros que usan sus dientes ultraduros para raspar y triturar los depósitos de algas de las rocas costeras. El equipo de Kisailus descubrió previamente que estos dientes están construidos con nanovarillas magnéticas altamente alineadas, que proporcionan fuerza y ​​resistencia. Para comprender mejor cómo se forman los nanorods, Kisailus y sus colegas utilizaron análisis nanoestructurales y químicos de los dientes de los quitones de las botas de goma durante la etapa temprana de madurez. Esta investigación reveló, por primera vez en sistemas naturales, que en las primeras etapas del desarrollo dental, el material fibroso orgánico preensamblado (quitina) guió la formación de estas varillas a través de un óxido de hierro mesocristalino altamente ordenado conocido como ferrihidrita.

Un examen más detallado de las estructuras mesocristalinas descubrió una arquitectura similar a la esferulítica que se encuentra a menudo en materiales poliméricos semicristalinos. Los investigadores determinaron que cada una de estas partículas tenía un marco orgánico subyacente (es decir, proteínas fosforiladas junto con la quitina preensamblada) que controlaba la formación y el crecimiento de estas partículas de óxido de hierro.

Un análisis adicional mostró que la ferrihidrita, una fase relativamente inestable del óxido de hierro, finalmente se transformó en magnetita mesocristalina (un material más estable y magnético) a través de una transformación de fase inducida por cizalla. Luego creció para formar la forma final de nanorods de magnetita ultraduros continuos en los dientes completamente maduros a través de la maduración de Ostwald, un proceso mediante el cual las partículas más pequeñas se disuelven y se vuelven a depositar para formar partículas más grandes.

Dado que estos materiales ultraduros se sintetizan casi a temperatura ambiente y en condiciones fisiológicas moderadas, comprender cómo se forman podría proporcionar una fabricación económica y respetuosa con el medio ambiente de materiales de ingeniería con propiedades superiores. + Explora más

Los dientes magnéticos prometen materiales y energía