Minéral de roche de fer rare trouvé dans les dents de mollusque

Des chercheurs de la Northwestern University ont, pour la première fois, découvert un minéral rare caché dans les dents du chiton, un gros mollusque trouvé le long des côtes rocheuses. Avant cette étrange surprise, le minerai de fer, appelé santabarbaraite, n’avait été documenté que dans les roches.

La nouvelle découverte aide à comprendre comment toute la dent cétonique – pas seulement sa bosse super dure – est conçue pour résister à la mastication des roches pour se nourrir. Sur la base des minéraux contenus dans les dents cétoniques, les chercheurs ont développé une encre bio-inspirée pour l’impression 3D qui est super résistante et résistante. Matériaux durables.

« Ce minéral n’a été observé dans des échantillons géologiques qu’en quantités infimes et n’avait jamais été vu auparavant dans un contexte biologique », a déclaré Dirk Guester de Northwestern, auteur principal de l’étude. « Il a une teneur élevée en eau, ce qui le rend fort avec une faible densité. Nous pensons que cela peut renforcer les dents sans ajouter trop de poids. »

L’étude sera publiée dans la semaine du 31 mai dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

Joster est professeur agrégé de science et d’ingénierie des matériaux à la Northwestern McCormick School of Engineering. Linus Stegbauer, un ancien boursier postdoctoral du laboratoire de Joester, est le premier auteur de l’article. À Northwestern pendant la recherche, Stegbauer est maintenant chercheur principal à l’Institute for Interprocess Engineering and Plasma Technology de l’Université de Stuttgart en Allemagne.

L’une des substances les plus dures connues dans la nature, les dents cétoniques sont attachées à une prairie douce et souple en forme de langue, qui racle les rochers pour collecter les algues et autres nutriments. Après avoir longuement étudié les dents de chiton, Joester et son équipe se sont récemment tournés vers Cryptochiton stelleri, un chiton géant brun rougeâtre parfois affectueusement appelé « pain de viande errant ».

Pour examiner une dent de Cryptochiton stelleri, l’équipe de Joester s’est associée à Ercan Alp, chercheur principal à la source de photons avancée du Laboratoire national d’Argonne, pour utiliser la spectroscopie synchrotron de Mössbauer pour l’installation ainsi qu’avec Paul Smeets pour utiliser la spectroscopie synchrotron de Mössbauer à utiliser microscope électronique à transmission au Center for Atomic and Nanoscale Characterization and Experiments (NUANCE) de la Northwestern University et a découvert que la santabarite est dispersée dans le stylo cétonique supérieur, une longue structure creuse qui relie la tête de la dent à la membrane radiola flexible.

« Le stylet est comme la racine d’une dent humaine, qui relie la cuspide de nos dents à notre mâchoire », a déclaré Joester. « C’est un matériau solide composé de très petites nanoparticules dans une matrice fibreuse constituée de biomolécules, similaires aux os de notre corps. »

Le groupe Joester s’est lancé le défi de recréer ce matériau avec une encre conçue pour l’impression 3D. Stegbauer a développé une encre réactive comprenant des ions fer et phosphate mélangés dans un biopolymère dérivé de la chitine. Stegbauer et Shay Wallace, un étudiant diplômé de Northwestern dans le laboratoire de Mark Hersam, ont découvert que l’encre s’imprime bien lorsqu’elle est mélangée juste avant l’impression.

« Lorsque les nanoparticules sont formées dans le biopolymère, il devient plus fort et plus visqueux. Ce mélange peut ensuite être facilement utilisé pour l’impression. Le séchage ultérieur à l’air donne un matériau final solide et dur », a déclaré Joester. Joester pense que nous pouvons continuer à apprendre et à développer des matériaux inspirés du stylo à cétone, qui lie les dents ultra-dures à la radula molle.

« Nous sommes fascinés par le chiton depuis longtemps », a-t-il déclaré. « Les structures mécaniques ne sont aussi bonnes que leur maillon le plus faible, il est donc intéressant de voir comment une cétone résout le problème d’ingénierie de la connexion de ses dents super dures à un noyau mou. Cela reste un énorme défi dans la fabrication moderne, nous se tournent vers des organismes comme les cétones pour comprendre comment cela se produit dans la nature. , qui a eu quelques centaines de millions d’années pour évoluer. »