Inspiracji dostarczyła im natura. Tak powstał niezwykle wytrzymały materiał

Długie lata ewolucji sprawiły, że pewne rozwiązania są niemal pozbawione wad. Jedno z takowych dotyczy najsilniejszego biologicznego materiału znanego nauce, związanego ze ślimakami morskimi.
Inspiracji dostarczyła im natura. Tak powstał niezwykle wytrzymały materiał

Organizmy te posiadają muszle, które na pierwszy rzut oka mogą przypominać miniaturowe czapeczki. Daleko im jednak do lekkich, zwiewnych nakryć głowy. Są bowiem niezwykle twarde, choć szczególne zainteresowanie naukowców wzbudzają zęby tych zwierząt. Jeden z tworzących je składników jest wysoce odporny na działanie zewnętrznych sił, a przy tym elastyczny. Jego osiągi są tak imponujące, że można je porównać z wynikami materiałów wytwarzanych przez człowieka, takich jak włókno węglowe i Kevlar.

Inspirację znaleźli w naturze

Jak wynika z publikacji dostępnej w Nature Communications, członkowie zespołu badawczego postanowili zaobserwować proces formowania się tych zębów w laboratorium, by następnie wykorzystać zebrane wnioski do stworzenia nowego kompozytowego biomateriału. Z jego wykorzystaniem możliwe byłoby zastępowanie obecnie stosowanych, syntetycznych substancji, bez generowania szkodliwych dla środowiska odpadów.

W pełni syntetyczne kompozyty, takie jak Kevlar, są szeroko stosowane, ale procesy produkcyjne mogą być toksyczne, a materiały trudne i drogie w recyklingu. Mamy tu materiał, który potencjalnie jest znacznie bardziej zrównoważony pod względem sposobu pozyskiwania i wytwarzania, a pod koniec życia może ulec biodegradacji.

wyjaśnia główny autor badań, Robin Rumney z University of Portsmouth

Swego rodzaju rusztowanie dla tego materiału występującego w naturze stanowi chityna, która jest przeplatana drobnymi kryształami minerału zawierającego żelazo, znanego jako goethyt. Całość łączy się ze sobą na podobnej zasadzie jak ma to miejsce w przypadku włókien węglowych wykorzystywanych do wzmacniania plastiku. Oczywiście powtórzenie całego procesu w warunkach laboratoryjnych było nieco bardziej skomplikowane. Naukowcy osadzali w tym celu chitynę i tlenek żelaza na szkle.

Wystarczyły dwa tygodnie, by zaczęły tworzyć się struktury, które u ślimaków morskich tworzą bazę do powstania zębów. Kiedy już udało się doprowadzić ten proces do końca, naukowcy byli w stanie wyprodukować próbki biomateriału o szerokości pół centymetra. Wykorzystali w tym celu mineralizację arkusza chityny. Ten organiczny związek chemiczny można spotkać między innymi u krabów i krewetek.

Alternatywa dla obecnie stosowanych tworzyw sztucznych?

Jak wyjaśniają autorzy badań, kolejnym etapem ich projektu będzie znalezienie metody umożliwiającej masową produkcję. Aby się to udało, kluczowe będzie znalezienie innych sposobów na tworzenie żelaza. Właśnie z tego względu badacze analizują wydzieliny komórek ślimaków morskich, co mogłoby ułatwić zrozumienie tego procesu zachodzącego w naturze. Sam pomysł zastępowania tworzyw sztucznych takimi wytrzymałymi i biodegradowalnymi materiałami wydaje się świetny – szczególnie w dobie rosnącego zanieczyszczenia środowiska naturalnego.