Кристально чистые исследования
Выводы, опубликованные в журнале Nature Materials, могут стать важным шагом в развитии высокоэффективных материалов, изготовленных из биологических материалов.
Биологические минералы или “биоминералы” широко распространены в природе повсеместно, в структурах, таких как кости, зубы и ракушки. И имеют отличные форму и свойства по сравнению с их синтетическими аналогами. Ключевая особенность биоминералов в том, что они являются композиционными материалами, изготовленными из неорганических минеральных веществ таких как карбонат кальция, который содержит небольшое количество органического материала, обычно белка.
Получение таких структур невероятно трудоёмкий процесс, их механические свойства могут соперничать с искусственными материалами, такими как керамика, которая, как правило, производится в условиях высоких температур и давлений, что дает меньше возможностей для контроля свойств материала. Ученые заинтересованы в понимании того, как добиться производства синтетических материалов, которые намного экологичнее, чем существующие. Сейчас команде под руководством профессора Фионы Мелдрум (Fiona Meldrum), из Университета Лидса, удалось создать искусственные биоминералы, в которых проявляются свойства, подобные шипам морского ежа. Учёные выращивали кристаллы кальцита в присутствии синтетического полимера, наночастицы которого действуют как искусственные белки. Эти наночастицы были включены в архитектуру кристалла по мере роста для создания композитного материала. Исследователи также проверили механические свойства композитного материала с использованием наноиндентера, небольшого долотообразного инструмента, который измеряет прочностные характеристики.
Профессор Мелдрум: “Этот метод создания синтетических биоминералов дает нам уникальную возможность заглянуть в структуру этих невероятных материалов и возможность проанализировать органические молекулы, входящие в состав кристаллической структуры на микроскопическом уровне. Затем мы можем сопоставить микроструктуру и механические свойства материала”.
“Мы обнаружили, что искусственные биоминералы созданные нами на самом деле гораздо сложнее, чем чистый минерал кальцит, потому что это композиционный материал”
Соавтор открытия, профессор Стивен Эйхгорна (Stephen Eichhorn), который только что переехал в университет Эксетер из Манчестерского университета, сказал: “Биологические примеры на основе структур карбоната кальция имеют более высокую твердость, чем минеральные. Примечательно, что нам удалось достичь того же результата, используя «псевдо» синтетический белок”.
“Когда я начал исследовать механические свойства морских раковин в Манчестере я буквально собирали их с ведром и лопатой на пляже. Я не предполагал, что мы сможем получать материалы со схожими свойствами, сделанными в лаборатории”. Сейчас исследователи пытаются воссоздать панцирь, используя различные минералы.
