La découverte de dents en chiton ultra-dur offre des indices sur les matériaux avancés de nouvelle génération

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Les images des dents ultra-dures Cryptochiton stelleri ou gumboot chiton offrent un aperçu de la création de matériaux avancés, moins coûteux et respectueux de l’environnement. Crédit: Petits Ouvrages

Les dents d’un mollusque peuvent non seulement capturer et mâcher de la nourriture pour nourrir son corps, mais les hélicoptères marins permettent également de créer des matériaux avancés, moins coûteux et respectueux de l’environnement.

David Kisailus, professeur à l’UC Irvine, et l’étudiant diplômé Taifeng Wang, à la fois en science des matériaux et en génie, ont examiné de près les dents ultra-dures du Pacifique Nord Cryptochiton stelleri ou chiton gumboot. Leurs conclusions sont publiées dans le Petits Ouvrages Numéro d’avril 2022.

“Les découvertes de notre travail sont essentielles, car elles fournissent non seulement une compréhension de la précision des systèmes naturels de minéralisation pour former des matériaux classifiés à haute performance, mais fournissent également des informations sur les voies de synthèse bioinspirées vers une nouvelle génération de matériaux avancés dans un large gamme d’applications allant des matériaux résistants à l’usure aux systèmes de stockage d’énergie », a déclaré Kisailus.

Les chitons Gumboot sont des invertébrés phytophages qui utilisent leurs dents ultra-dures pour gratter et broyer les dépôts d’algues des roches côtières. L’équipe de Kisailus a précédemment découvert que ces dents sont constituées de nanotiges magnétiques hautement alignées, qui offrent force et résistance. Pour mieux comprendre comment les nanorods sont formés, Kisailus et ses collègues ont utilisé l’analyse nanostructurale et chimique des dents des chitons gumboot au début de la maturité. Cette enquête a révélé, pour la première fois dans des systèmes naturels, qu’aux premiers stades du développement des dents, un matériau fibreux organique pré-assemblé (chitine) guidait la formation de ces bâtonnets via un oxyde de fer mésocristallin hautement ordonné appelé ferrihydrite.

Un examen plus approfondi des structures mésocristallines a révélé une architecture de type sphérulitique souvent trouvée dans les matériaux polymères semi-cristallins. Les chercheurs ont déterminé que chacune de ces particules avait une structure organique sous-jacente (c’est-à-dire des protéines phosphorylées couplées à la chitine pré-assemblée) qui contrôlait la formation et la croissance de ces particules d’oxyde de fer.

Une analyse supplémentaire a montré que la ferrihydrite, une phase relativement instable de l’oxyde de fer, s’est finalement transformée en magnétite mésocristalline (un matériau plus stable et magnétique) via une transformation de phase induite par cisaillement. Il s’est ensuite développé pour former la forme finale de nanotiges de magnétite ultradures continues dans les dents complètement matures via la maturation d’Ostwald, un processus par lequel les particules plus petites se dissolvent et se redéposent pour former des particules plus grosses.

Étant donné que ces matériaux ultra-durs sont synthétisés à température ambiante et dans des conditions physiologiques douces, comprendre comment ils se forment pourrait permettre une fabrication peu coûteuse et respectueuse de l’environnement de matériaux d’ingénierie aux propriétés supérieures.


Les dents magnétiques sont prometteuses pour les matériaux et l’énergie


Plus d’information:
Taifeng Wang et al, Ordre mésocristallin et transformation de phase des biominéraux d’oxyde de fer dans les dents ultra-dures de Cryptochiton stelleri, Petits Ouvrages (2022). DOI : 10.1002 / sstr.202100202

Fourni par le laboratoire national de Brookhaven

Citation: La découverte de dents de chiton ultra-durs offre des indices sur les matériaux avancés de nouvelle génération (17 mars 2022) récupéré le 23 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-ultrahard-chiton-teeth-discovery-clues.html

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