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软体动物牙齿中出现罕见矿物,或可辅助进食

石鳖的齿舌前端及牙齿的扫描电子显微镜图像。

石鳖(chiton)是一种生活在多岩石海岸线上的大型软体动物。当地时间5月31日,美国西北大学的科学家们在《美国国家科学院院刊》发表论文称,他们在石鳖的牙齿中发现了一种罕见矿物质――“Santabarbaraite”。在此之前,研究人员只在岩石中发现过少量该矿物。他们根据Santabarbaraite开发了一种仿生墨水,用于3D打印耐用的超硬材料。

论文第一作者、西北大学的Derk Joester说:“Santabarbaraite此前从未在生物体内出现过。它含水量高,密度低,非常坚固。我们推测,它可以帮助石鳖在不增重过多的情况下硬化牙齿。”这一发现有助于理解为什么石鳖可以通过咀嚼岩石进食

石鳖的牙齿是自然界中已知的最坚硬的物质之一。牙齿附着在柔软、灵活的齿舌上,齿舌可以在岩石上刮取海藻和其他食物。长期以来,Joester和他的团队一直在研究石鳖的牙齿,最近,他们开始将目光转向斯特勒氏隐石鳖――这是一种巨大的红棕色石鳖,有时被亲切地称为“流浪的肉卷”。

Joester团队与多个实验室合作,利用高级光子源的同步加速器以及透射电子显微镜观察了斯特勒氏隐石鳖的一颗牙齿。观测结果表明,这种罕见的矿物质就分散在石鳖牙齿上侧的触针上。触针是一种长长的中空结构,连接着牙齿的顶部和柔软的齿舌膜。“触针就像人类牙齿的根,它是由纤维基质中纳米颗粒构成的坚硬材料,类似于人类骨骼,”Joester说。

随后,Joester团队用专为3D打印设计的墨水重新制造了这种材料。他们开发了一种活性油墨,将铁和磷酸盐离子混合到从甲壳素中提取的生物聚合物中(在打印前立即完成混合,效果会很好)。“纳米颗粒在生物聚合物中形成后,会变得更坚固、更粘。这种混合物易于打印,当它在空气中干燥后,会形成坚硬的最终材料。”Joester说。

“机械结构的好坏往往取决于其最薄弱的环节,石鳖牙齿的触针将超硬的牙齿连接到了柔软的齿舌上,其中的工程问题是很有趣的。这也是现代制造业中的重大挑战之一。了解石鳖如何在自然界中完成这一壮举,将对新材料的开发产生极大帮助。”Joester总结。

科界原创

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《美国国家科学院院刊》

期刊编号:0027-8424

原文链接:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/nu-rmf052621.php

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