Foto: Ilustrační/Openverse

Tvorové, kteří se živí řasami rostoucími na přílivových skalách mají tak tvrdé zuby, že jsou odolné proti jakémukoliv opotřebení. To, co vědci zjistili, inspiruje nové způsoby pro výrobu pokročilých materiálů.

Zuby těchto měkkýšů se skládají jak z magnetitových nanotyčinek, tak z organického materiálu, které jsou nejen tvrdší a tužší než lidská zubní sklovina, ale také tvrdší než vysoce uhlíkové oceli, tvrdší než nerezová ocel a dokonce i oxid zirkoničitý a oxid hlinitý – pokročilá inženýrská keramika vyráběná za vysokých teplot.

David Kisalius, vědec z Kalifornské univerzity v Irvinu odhalil proces, který je specifický pouze pro chroustnatky. Může za to železo, které váže proteiny RTMP1, které jsou transportovány do nově se tvořících zubů prostřednictvím nanoskopických tubulů zvaných mikroklky. Místo a čas ukládání proteinů je přesně řízen, což zajišťuje, že si tvorové vyvinou tvrdou, silnou a odolnou zubní architekturu.

Zuby chroustavek vyrůstají každých pár dní a jsou lepší než materiály používané v průmyslových řezných nástrojích, brusných médiích, zubních implantátech, chirurgických implantátech a ochranných povlacích, a to i přesto, že jsou vytvořené při pokojové teplotě a navíc s nanoměřítkovou přesností. Z těchto biologických procesů se máme hodně co naučit!

Na celém světě existuje více než 1000 druhů chroustnatek které se většinou vyskytují v pobřežních přílivových oblastech. Měkkýši zkoumáni v této studii patří mezi větší, kteří žijí v severozápadních pobřežních oblastech Spojených států a u pobřeží Hokkaida v Japonsku. Výzkumný tým zjistil, že proteiny RTMP1 existují v chroustavkách na různých místech po celém světě, což naznačuje určitý biologický proces v regulaci ukládání oxidu železa.

Tyto speciální proteiny, které se původně nacházely v tkáních obklopujících nezralé, nemineralizované zuby, byly směrovány nanostrukturovanými tubuly do každého zubu. Jakmile se proteiny dostanou dovnitř, vážou se na předem sestavené struktury z chitinových nanovláken, strukturálního biopolymeru, který řídí architekturu magnetitových nanotyčinek v zubech. Současně se do každého zubu uvolňuje železo uložené ve feritinu, dalším proteinu nacházejícím se v tkáni vně zubů, kde se váže na RTMP1, což vede k přesnému ukládání nanoměřítkového oxidu železa, který během zrání zubu dále roste do vysoce uspořádaných magnetitových nanotyčinek, které nakonec vedou k ultratvrdým zubům.

„Spojením biologických a materiálových vědeckých přístupů prostřednictvím úžasného globálního úsilí jsme odhalili, jak se od základů vytváří jeden z nejtvrdších a nejsilnějších biologických materiálů na Zemi,“ řekl David Kisailus.

Zajímavosti: Kisailusovy příspěvky k této práci byly financované Úřadem pro vědecký výzkum amerického letectva. 

Zdroje: https://www.eurekalert.org/news-releases/1093680; https://faculty.sites.uci.edu/kisailuslab/news/, https://faculty.sites.uci.edu/kisailuslab/; https://scholar.google.com/citations?view_op=list_works&hl=en&hl=en&user=aDscrHYAAAAJ;

---