Mineral langka ditemukan dalam organisme hidup untuk pertama kalinya

Sepotong pelangi dengan Crytochiton stelleri menunjukkan gigi yang keras dan kokoh. Pengarang: Universitas Northwestern

Mineral langka dari batuan yang ditemukan di gigi moluska

Universitas Northwestern peneliti pertama kali menemukan mineral langka yang tersembunyi di dalam gigi chiton – moluska besar yang ditemukan di sepanjang pantai berbatu. Sebelum kejutan yang mengejutkan ini, mineral besi yang disebut santobarbarite hanya tercatat dalam batuan.

Penemuan baru ini membantu untuk memahami bagaimana seluruh gigi chiton, bukan hanya tonjolan superkeras dan tahan lama – dirancang untuk bertahan dari mengunyah batu. Berdasarkan mineral yang ditemukan pada gigi chiton, para peneliti telah mengembangkan tinta yang terinspirasi secara biologis untuk pencetakan 3D dari bahan superkeras, padat, dan tahan lama.

“Mineral ini telah diamati dalam sampel geologis hanya dalam jumlah yang sangat kecil, dan belum pernah terlihat dalam konteks biologis sebelumnya,” kata Derk Joester dari Northwest, penulis senior studi tersebut. “Ini memiliki kandungan air yang tinggi, yang membuatnya kuat pada kepadatan rendah. Kami percaya itu bisa meningkatkan kekakuan gigi tanpa menambah banyak beban.”

Studi ini akan diterbitkan minggu ini di Prosiding National Academy of Sciences.

Memindai gigi dengan kiton dengan mikroskop elektron

Mikroskop elektron yang dipindai dari gambar gigi chiton.

Joster adalah profesor ilmu material dan teknik di McCormick School of Engineering di Northwest dan anggota Institute of Life Chemistry. Linus Stegbauer, mantan rekan doktoral di lab Joster, adalah penulis pertama makalah ini. Selama penelitiannya di wilayah Barat Laut, Stegbauer sekarang menjadi peneliti utama Institut Rekayasa Proses dan Teknologi Plasma di Universitas Stuttgart di Jerman.

Kepala gigi tunggal dan stylus atas

Visualisasi area virtual kepala satu gigi dan bulu atas, diperoleh sebagai hasil rekonstruksi 3D, yang ditentukan oleh tomografi mikrokomputer sinkron. Pengarang: Universitas Northwestern

Gigi chiton, salah satu bahan paling keras yang diketahui di alam, menempel pada radula yang lembut, fleksibel, seperti lidah yang menggores batu, mengumpulkan ganggang dan makanan lainnya. Setelah mempelajari gigi chiton untuk waktu yang lama, Joster dan timnya baru-baru ini beralih ke Cryptochiton stelleri, chiton raksasa berwarna coklat kemerahan, kadang-kadang disebut sebagai “gulungan pengembara”.

Untuk memeriksa gigi dari Cryptochiton stelleri, tim Joster berkolaborasi dengan Ergon Alps, ilmuwan senior di Laboratorium Sumber Foton Lanjutan Nasional Argonne, menggunakan spektroskopi sinkronisasi Mössbauer, dan Paul Smeets menggunakan mikroskop elektron transmisi di Atomic Atomic and Atomic University. Karakterisasi dan eksperimen skala nano (NULEBIH) Pusat. Mereka menemukan bahwa Santa Barbaraite tersebar di sepanjang stylus atas chiton – struktur berongga panjang yang menghubungkan kepala gigi ke membran fleksibel radula.

“Stylus itu seperti akar gigi manusia yang menghubungkan punuk gigi ke rahang,” kata Joster. “Ini adalah bahan keras yang terbuat dari nanopartikel yang sangat halus dalam matriks berserat yang terbuat dari biomakromolekul seperti tulang di tubuh kita.”

Kelompok Joster ditantang untuk membuat ulang materi ini dengan tinta yang dirancang untuk pencetakan 3D. Stegbauer telah mengembangkan pewarna reaktif yang mencakup ion besi dan fosfat yang dicampur menjadi biopolimer yang berasal dari kitin. Bersama dengan Shay Wallace, seorang mahasiswa pascasarjana Northwest di lab Mark Gersham, Stegbauer menemukan bahwa tinta tercetak dengan baik ketika dicampur sebelum dicetak.

Mulut dan ujung depan Radula yang menonjol

Mulut dan ujung anterior radula yang menonjol. Pengarang: Universitas Northwestern

“Ketika nanopartikel terbentuk di biopolimer, itu menjadi lebih kuat dan lebih kental. Campuran ini kemudian dapat dengan mudah digunakan untuk pencetakan. Setelah dijemur di udara, diperoleh material akhir yang kokoh dan keras,” kata Joster.

“Desain mekanis sama baiknya dengan tautan terlemahnya, jadi menarik untuk mempelajari bagaimana chiton memecahkan masalah teknik, bagaimana menghubungkan gigi superhard Anda dengan struktur inti lunak.”
Derk Yoster, seorang ilmuwan material

Joster percaya kami dapat terus belajar dan mengembangkan materi yang terinspirasi oleh stylus chiton yang menghubungkan gigi superhard ke radula lunak.

“Kami telah lama mengagumi chiton,” katanya. “Desain mekanis sama baiknya dengan tautan terlemahnya, jadi menarik untuk mempelajari bagaimana chiton memecahkan masalah teknik, bagaimana menghubungkan gigi superhard Anda dengan struktur inti lunak. Ini tetap menjadi masalah serius dalam produksi modern, jadi kami mengandalkan organisme seperti chiton untuk memahami bagaimana hal itu dilakukan di alam, yang telah dikembangkan selama beberapa ratus tahun.”

Pencetakan 3D dari komposit yang terinspirasi dari bio

Pencetakan komposit 3D dengan inspirasi biologis. Pengarang: Universitas Northwestern

Studi “Polimorfisme berkelanjutan pada gigi kiton: dari biomaterial baru hingga pewarna untuk produksi aditif” didukung oleh National Science Foundation (nomor penghargaan DMR-1508399 dan DMR-1905982), National Institute of Health (nomor penghargaan NIH- DE026952), Laboratorium Penelitian nomor penghargaan FA8650-15-2-5518) dan Deutsche Forschungsgemeinschaft (nomor penghargaan STE2689 / 1-1).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.