Tajna ultra tvrdog omotača zuba riješena

Trodimenzionalna atomska karta sadrži prisustvo organskih vlakana u mineralnom sloju

Zubi na raduli (raspušten jezik) puža buba © Nature / Joester i sur.
čitati naglas

Zubna školjka morskih puževa izuzetno je tvrda i otporna. Zašto je to sada otkrilo prvu trodimenzionalnu sliku položaja i vrste milijuna pojedinačnih atoma u caklini takvog puža. Jedinstvena stvar složenog materijala za zube: sastoji se od minerala, ali još uvijek sadrži organska vlakna, kao što to istraživanje objavljeno u „Prirodi“ sada pokazuje prvi put. Nova otkrića također daju vrijedne informacije za proizvodnju novih, izuzetno izdržljivih kompozitnih materijala.

Zubi i kosti važne su i složene građe za životinje i ljude, no iznenađujuće se malo zna o njihovoj kemijskoj strukturi na atomskoj razini. Na primjer, nejasno je gdje će zubi mnogih mekušaca napravljeni od kompozita organskog i anorganskog materijala smanjiti njihovu tvrdoću i otpornost. Istraživači već dugo sumnjaju da bi sučelje dviju komponenti moglo igrati presudnu ulogu u tim svojstvima.

Granični sloj presudan

"Sučelje organskog i anorganskog materijala igra glavnu ulogu u svojstvima i strukturi", objašnjava Derk Joester sa Sveučilišta Northwestern. "Ali kako organizmi stvaraju i kontroliraju te materijale? Moramo razumjeti ovu nanoskastu arhitekturu kako bismo pametno dizajnirali nove materijale. U suprotnom, mi stvarno ne bismo imali pojma što se zapravo događa. "Sada su znanstvenici sa Sveučilišta Severozapad, na čelu s Josterom i njegovim kolegom Lyleom Gordonom, prvi put uspjeli stvoriti trodimenzionalnu atomsku kartu ovog graničnog sloja koristeći najsuvremeniju tehnologiju sonde za atom.

Zubima pridošlica kao na traci

Za svoje istraživanje koristili su zube puža - kukaca - morsku vrstu mekušaca koja se hrani algama na stijenama. Budući da se njihovi zubi uvelike koriste, svakodnevno rastu novi kao na pokretnoj traci i gurani su naprijed na jezik raspadajućeg jezika. Zubi puževa buba slični su građevinski kao i kod ljudi, jer imaju vrlo tvrd vanjski sloj sličan našoj caklini i mekšu jezgru. Umjesto cakline, međutim, njegov se vanjski sloj sastoji od magnetita, vrlo tvrdog željeznog oksida, koji stvrdnjavanju daje crni svjetlucavi sjaj.

Struktura organskog vlakna u zubnom magnetitu puža ​​Nature / Joester i sur.

Analiza atoma

Istraživači su iz prednjeg dijela zuba ekstrahirali sićušne uzorke i pregledali ih pomoću tomografske sonde za atom. Cilj je bio otkriti djeluju li i kako organska vlakna u materijalima zubne šupljine otvrdnutim magnetitom. Tomografija atomske sonde omogućuje utvrđivanje sastava uzorka na atomski način. Izuzetno snažno, ali usko lokalizirano električno polje oslobađa atom po atomu s površine uzorka i omogućuje mu da leti u detektor. Rezultirajući uzorak zatim se pretvara u trodimenzionalnu kartu ili tomogram. prikaz

Prva organska vlakna u okupiranim mineralima

U stvari, istraživači su ovim kvantitativnim kartanjem mogli pokazati da su organska vlakna debljine pet do deset nanometara također u sloju magnetita. Iznenađujuće, između ostalog, kemijska heterogenost vlakana bila je prvi dokaz o tome kako organizmi moduliraju kemiju svojih tkiva i tjelesnih struktura u nanosilu. Vlakna ne sadrže samo organske spojeve ugljika, već i natrijeve ili magnezijeve ione. Joester i Gordon su prvi koji su pokazali položaj, dimenziju i kemijski sastav organskih vlakana u mineralu.

Novi uvidi i bliža analiza periartikularnih potkoljenica također mogu pomoći u stvaranju kompozitnih materijala s novim ili poboljšanim svojstvima u budućnosti - tvrdim kao mineral, ali fleksibilan kao jedan organski materijal. Kao sljedeći korak, znanstvenici sada žele ispitati caklinu i kosti kralježnjaka uz pomoć tomografije atomske sonde, jer se te strukture sastoje i od organskih i anorganskih komponenata.

(Sveučilište sjeverozapadnjak, 13.01.2011. - DLO)