Материалы портала «Научная Россия»

У моллюсков — самые крепкие зубы, буквально грызут камень

Британские инженеры установили, что «зубы» моллюска пателлы, называемой также морским блюдцем, состоят из прочнейшего биологического материала из всех, что были ранее протестированы учеными

Британские инженеры установили, что «зубы» моллюска пателлы, называемой также морским блюдцем, состоят из прочнейшего биологического материала из всех, что были ранее протестированы учеными. Моллюски питаются при помощи языка, называемого учеными «радула» или терка. Радула усеяна мелкими зубчиками, предназначенными для того, чтобы соскабливать пищу с камней в зоне приливов и отливов. Зубчики столь тверды, что оставляют на камнях царапины. Исследование опубликовано в Royal Society's Journal Interface.

Эти зубчики состоят из особого минерально-белкового композита, мелкие фрагменты которого исследователи протестировали в лаборатории. Они установили, что он прочнее и «шелка» паучьей сети, и любого искусственного материала. Предположительно, секрет прочности кроется в необычайно тонких, прочных и сложно организованных белково-минеральных волокнах.  В этих волокнах имеется железо-содержащий минерал гетит, частицы которого встроены в белковую основу — во многом так же, как углеродные волокна, которые используют для укрепления пластика.  Это открытие может послужить для улучшения качества созданных человеком композитов, использующихся, например, в авиастроении, конструкциях автомобилей и судов, и даже зубных пломб.

«Живые существа — это огромный источник вдохновения для инженеров, — сказала ведущий автор исследования доктор Эйса Барбер (Asa Barber) из Портсмутского Университета. Эти зубчики, состоящие из тончайших волокон, "упакованы" в особую сложную трехмерную структуру. Мы думаем над тем, как использовать принципы этой структуры в наших собственных конструкциях».

Зубчики морского блюдца имеют размер меньше миллиметра, однако доктор Барбер с коллегами умудрились поместить выделенные их них фрагменты в специальную миниатюрную установку для растяжения, чтобы максимально точно измерить прочность этих волокон на разрыв. Средняя часть испытываемого образца была в 100 раз тоньше человеческого волоса. К свободному концу волокна, приклеенного к особому рычажку, помещенному под объектив атомного микроскопа, инженеры приложили усилие натяжения вплоть до разрыва. Это усилие, рассчитанное для материала зубчиков по результатам теста, имело величину в среднем, около 5 гигапаскалей (GP), что в 5 раз выше, чем для паучьего шелка.

«Это новый рекорд в биологии, — сказала доктор Барбер. — Людям свойственно искать пределы возможного. "Шелк" паучьих сетей долгое время сохранял пальму первенства в прочности. И мы счастливы, что нам удалось продемонстрировать, что волокна из зубчиков моллюсков побили этот рекорд. Правда, один мой коллега из Италии утверждает, что обнаружил особо прочный паучий шелк, выдерживающий 4,5 GP, однако мы превзошли и его, измерив силу натяжения в 5 GP. Этот уровень давления — примерно такой же, какой требуется углероду для превращения в алмаз в толще земной коры. С другой стороны по масштабу это можно сравнить с одной ниточкой спагетти, если бы она могла удержать вес полутора тонн мешков с сахаром».

Что же касается материалов, созданных человеком, волокна зубчиков морского блюдечка оказались прочнее кевларового волокна и почти так же хороши, как самые современные и высокотехнологичные материалы из углеродного волокна.

«Изюминка в том, — прокомментировала доктор Барбер, — что при всем том, эти волокна еще и необыкновенно тонки, практически идеальны по своим параметрам для того, чтобы сохраняя прочность, избежать появления разрывов или трещин, ослабления общей структуры материала. Это именно то, чему инженеры могут и должны учиться у природы».

Источник: www.bbc.com

биологические нанокомпозитные материалы гетит кевларовое волокно моллюск морское блюдце углеродное волокно

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий