480.92
+0.18
511.51
-0.14
7.54
+0.06
+1
Погода в Ереване
Рус
Зубы морских ежей могут стать прототипом для создания сверхпрочных наноматериалов - ученые
16:01
31 Марта 2009

Разгадка механизма превращения морскими ежами аморфного карбоната кальция в один из самых твердых и прочных природных материалов - кальцит - может в будущем открыть новую область развития наноматериалов для самых разных областей технологии, уверены авторы исследования, опубликованного в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Наиболее прочный природный материал, образующий зубы, кости, а также раковины моллюсков и острые кромки зубов морских ежей, уже давно привлекает повышенное внимание ученых как один из самых ярких примеров природного нанотехнологического процесса сборки объемного материала из мельчайших частиц.

Группа ученых из Израиля, Германии и Франции под руководством Пупы Джилберт (Pupa Gilbert), физика из университета Висконсин-Мэдисон в США, сумела впервые описать процесс, в результате которого морские ежи преобразуют аморфный материал - карбонат кальция, известный всем как накипь в чайниках, - в кристаллический материал кальцит. Исследователи полагают, что этот процесс может отражать суть самых разнообразных примеров биологической минерализации.

"Если бы мы смогли искусственно воссоздать этот процесс, он бы мгновенно нашел применение во многих сферах технологий, так как он отражает природный подход к сборке наноматериалов что называется "снизу вверх" - из элементарных строительных блоков , - считает Джилберт, слова которой приводит пресс-служба университета Висконсин-Мэдисон.

В своей работе ученые наблюдали за ростом так называемых спикул - очень острых скелетных игл, образующих скелет животных, пока те находятся в начальной стадии развития и располагающихся впоследствии на режущей кромке зубов морских ежей. Для этого авторы статьи использовали инновационный тип микроскопии, основу которого составляет мягкое рентгеновское излучение, получаемое с помощью особого типа ускорителей элементарных частиц - синхротронов.

Спикулы, как и зубы и кости всех животных и человека, являются гибридным биологическим минералом, состоящим из органических молекул и минеральных компонентов, которые животные синтезируют из наиболее доступных химических элементов, содержащихся в воде - кальция, кислорода и углерода. В течение 48 часов своего роста спикулы становятся полностью монокристаллическими и бездефектными образованиями, имеющими треугольную форму, напоминающую форму логотипа Mercedes-Benz.

Твердость спикул, образующих кончики зубов морского ежа, такова, что позволяет ежам без труда вгрызаться в грунт, состоящий из такого же минерала кальцита.

"Чтобы достичь такой необычной морфологии и функциональности спикул, организмы сперва наращивают аморфный скелет будущей кости или зуба, а затем каким-то образом запускают процесс цепной кристаллизации, в ходе которого атомы выстраиваются в кристаллическую решетку с особой ориентацией", - говорит Джилберт.

Именно этот процесс перехода из аморфного состояния в кристаллическое и интересовал ученых, следивших за развитием двух-трехдневных личинок морских ежей с помощью нескольких методов микроскопии. Оказалось, что спикулы зарождаются в скоплениях специализированных клеток, где организм откладывает первый микрокристалл кальцита специфической ромбоэдрической геометрии, из которого происходит дальнейший рост всей спикулы.

На гранях этого кристалла под углом 120 градусов друг ко другу происходит наращивание новых ветвей кристалла, однако в форме аморфного карбоната кальция. Так аморфный материал формирует всю спикулу, и только после этого запускается процесс цепной кристаллизации в кальцит.

"Кристаллизация спикулы происходит по цепочке и по своему характеру напоминает распространение молнии в воздухе во время грозы", - отмечает Джилберт.

Авторы исследования надеются, что новые фундаментальные знания о процессах биологической минерализации кальцита окажутся в будущем полезными при создании новых сверхпрочных и легких материалов. -0-

Loading...
Материалы по теме
Другие материалы раздела
09:45
05 Декабря 2016
Астрономы допустили возможность существования жизни внутри звезд
В спокойной атмосфере коричневых карликов могут обитать организмы
09:26
05 Декабря 2016
Ученые нашли возможную замену антибиотиков
Побочных эффектов применения этих организмов не выявлено, утверждают ученые
20:19
04 Декабря 2016
Ученые сделали шаг к созданию "эликсира бессмертия"
Для этого они создали специальную компьютерную программу
18:12
04 Декабря 2016
Найдено средство, неожиданно победившее рак
Ученые пока не могут точно сказать, как работает лечение. Необходимо дальнейшее исследование и большее количество испытуемых
16:31
04 Декабря 2016
Всемирный потоп не за горами
Уровень вод Мирового океана поднимается в два раза быстрее, чем раньше предполагали океанологи
12:23
04 Декабря 2016
Исследователи возможно нашли причину возникновения болезни Паркинсона
Ученые сообщили о возможном прорыве в понимании лечения Болезни Паркинсона
11:36
04 Декабря 2016
Спрогнозированы сроки глобального распада Интернета
Мир вокруг нас стремительно меняется. Это пугает многих людей, и даже перемены в политике — это ответ на технологические изменения
12:12
03 Декабря 2016
Ученые нашли в Антарктиде жука возрастом 14 миллионов лет
На территории современной Антарктиды обитает лишь три вида насекомых, но в прошлом их было значительно больше
15:17
02 Декабря 2016
Стивен Хокинг указал на наступление "самого опасного времени на нашей планете"
Указанные проблемы, по Хокингу, можно решить только совместными усилиями всех стран и слоев общества
11:37
02 Декабря 2016
Facebook воспользуется искусственным интеллектом для выявления фейков
Социальная сеть Facebook будет использовать искусственный интеллект (artificial intelligence, AI) для выявления фейковых новостей и сцен насилия в прямых видеотрансляциях
00:49
01 Декабря 2016
СМИ сообщили о возможной блокировке в России соцсети Facebook
В исковом заявлении мужчина, являющийся зарегистрированным пользователям соцсети, указал на нарушения российского законодательства
19:22
30 Ноября 2016
"Яндекс" запустил уникальную панорамную карту Еревана
"Яндекс" запустил первую в мире панорамную карту Еревана, сообщил генеральный директор "Яндекс.Такси" Тигран Худавердян.