Зубы моллюска вдохновили инженеров на создание материалов будущего
На первый взгляд хитоны выглядят как обычные моллюски, ползающие по прибрежным камням. Но если перевернуть их, открываются ряды невероятно острых и прочных зубов — таких крепких и точных, что ученые пытаются воспроизвести их свойства для современных технологий.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science, подробно изучает, почему зубы хитона столь долговечны.
«Анализ анатомии моллюска показал, что постоянный поток железосвязывающих белков делает зубы прочнее многих промышленных режущих инструментов, шлифовальных кругов, зубных и хирургических имплантатов и защитных покрытий», — пояснил соавтор статьи Дэвид Кисалилус.
При этом хитоны создают свои зубы при комнатной температуре с наномасштабной точностью — качество, которое человеку пока сложно воспроизвести. То есть исследователи подчеркивают, что хитоны создают сверхтвердые зубы без нагрева или химических условий, как это делают люди в промышленных процессах, а просто при обычной температуре воды/окружения.
Ключевой белок RTMP1 уникален для хитонов и помогает откладывать железо в зубах. Этот процесс позволяет моллюскам соскребать водоросли с камней, но раньше было неизвестно, как именно белки формируют зубные структуры. Исследователи отслеживали путь белка по анатомии хитона: сначала RTMP1 движется по наноскопическим трубкам, исходящим из зуба, затем связывается с соединениями, формирующими магнетит — разновидность железного оксида. Одновременно белок высвобождает железо, хранящееся в другом белке, ферритине. В результате новые зубы растут в аккуратные ряды сверхтвердых структур, которые могут восстанавливаться после износа.
«Мы можем многому научиться из этих биологических конструкций и процессов. Понимание работы белка RTMP1 может помочь в создании "пространственно и временно контролируемого синтеза материалов" для аккумуляторов, катализаторов топливных элементов, полупроводников, а также новых подходов к 3D-печати и экологически безопасных методов синтеза», — отметил Кисалилус
Сотрудничество с японскими исследователями позволило изучить более крупные виды хитонов, обитающие на северо-западе США и побережье Хоккайдо. Их работа раскрыла, как природа создает сверхпрочную структуру без высоких температур и химических реакций, необходимых для современных промышленных материалов.
«Это фантастическая возможность учиться у природы и применять ее решения в технологиях будущего», — подчеркнул Кисалилус.
Таким образом, незаметный моллюск может стать источником прорывных идей для материаловедения. Как отметил Кисалилус, хитоны показывают, что даже самые скромные существа могут вдохновлять на создание «новых, более прочных и устойчивых материалов».
