3 сентября 2021 г. Обзор Alex Smith

Группа исследователей из Центра технических исследований Финляндии VTT разработала устойчивый многофазный нанокомпозит, имитирующий клуб креветок персикового богомола, и использовала его для изготовления новых коронок зубных имплантатов в лаборатории.

Это было сделано в сотрудничестве с учеными из Технологического университета Наньян.

Новый биоинженерный материал представляет собой смесь березовой целлюлозы и класса белков, полученных с помощью генной инженерии. Конечный результат – более жесткий, прочный материал, который значительно легче по сравнению с технической керамикой, изготовленной руками человека.

Он демонстрирует высокий потенциал использования в качестве материала следующего поколения в ударопрочных имплантатах, бронежилетах, спортивном оборудовании, электронике, экзоскелетах для самолетов или покрытиях поверхностей для лобовых стекол, например.

Природа предлагает исключительное понимание стратегий дизайна, разработанных живыми организмами для создания прочных материалов. В этом случае исследователи смогли создать новый ударопрочный материал на основе дактильной дубинки креветок-богомолов

.

Новый материал может использоваться там, где необходимо выдерживать повторяющиеся удары с высокой скоростью деформации при сохранении структурной целостности. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Materials 1 сентября ^st 2021 года.

Имитация клуба креветок-богомолов

Исследователи VTT успешно разработали и создали минерализованный биокомпозит с высокой жесткостью, прочностью и вязкостью разрушения, который соответствует архитектурному проекту дактильной дубинки креветок-богомолов.

Эти завораживающие креветки – одна из самых смертоносных машин для убийства природы. Что касается их небольшого размера они обладают самым сильным ударом в животном мире. Они сокрушают свою добычу, бросая пару похожих на молот хищных придатков с огромной скоростью и силой, превосходящей винтовочные пули во время охоты с близкого расстояния.

Д-р. Пежман Мохаммади, автор исследования и научный сотрудник, Центр технических исследований Финляндии VTT

« Креветка-богомол ’ s основными источниками пищи являются морские организмы с твердой оболочкой, такие как моллюски. Чтобы добраться до мягкой питательной части, они уничтожают эти высокоминерализованные экзоскелеты », – добавил д-р Мохаммади.

Предыдущие исследования показали, что клюшка представляет собой многофазный иерархически упорядоченный нанокомпозит, демонстрирующий различные механические свойства.

Клюшка имеет мягкий внутренний слой, обеспечивающий рассеивание энергии, и жесткий жесткий и ударопрочный внешний слой . Вместе слои повышают общую устойчивость к повреждениям клюшки. Оба слоя имеют похожие строительные блоки но в разном относительном содержании, полиморфной форме и организации. Главный строительный блок – это геликоидально упорядоченные нано-фибриллы хитина, которые склеены вместе богатой белком матриксом .

Д-р. Пежман Мохаммади, автор-корреспондент и научный сотрудник, Центр технических исследований Финляндии VTT

Объединение нанокристаллов целлюлозы и белков

Исследовательская группа воспроизвела эту структуру, используя аналогичные строительные блоки и условия обработки. Они собрали новый композит, состоящий из нанокристаллов целлюлозы и двух видов генно-инженерных белков.

Один из белков был разработан для повышения межфазной прочности материала, а другой – для обеспечения зародышеобразования и роста кристаллов гидроксиапатита. Этот новый композит был усовершенствован до сложных форм, превращенных в коронку зубного имплантата, включая периодические модели ориентации микроусиления и двухслойную архитектуру, подобную человеческим зубам.

Дополнительные анализы могут помочь сконструировать белки, чтобы придать материалу новые характеристики. Для применения в будущем масштабируемость материала и условия обработки требуют доработки.

В исследовательскую группу входили специалисты в области белковой инженерии, синтетической биологии, физики мягкой материи и материаловедения. Проект, который длился два с половиной года, получил финансовую поддержку VTT и Фонда Дженни и Антти Вихури в рамках программы Центра молодых ученых-синбио (CYSS), возглавляемой профессором Мерья Пенттиля.

Ссылка на журнал:

Mohammadi, P., и др. . (2021) Биоинспирированный функционально-дифференцированный композит, собранный с использованием нанокристаллов целлюлозы и генно-инженерных белков с контролируемой биоминерализацией. Дополнительные материалы . doi.org/10.1002/adma.202102658.

Источник: https://www.vttresearch.com/en[19459007visible