Een patroon op microschaal compenseert de zwakte van het calcietmineraal
Onder de huid van knobbelige zeesterren bevindt zich een skelet gemaakt van broze, steenachtige gezwellen die kracht ontlenen aan een onverwachte interne structuur.
Sommige zeesterren gemaakt van een broos materiaal versterken zichzelf met architecturale capriolen.
Onder de huid van een zeester ligt een skelet gemaakt van kiezelachtige gezwellen, gehoorbeentjes genaamd, die meestal uit het mineraal calciet bestaan. Calciet is meestal kwetsbaar, en nog meer als het poreus is. Maar de met gaten doorzeefde gehoorbeentjes van de knobbelige zeester (Protoreaster nodosus) worden versterkt door een onverwachte interne regelingrapporteren onderzoekers in de 11 februari Wetenschap.
“Toen we de structuur voor het eerst zagen, waren we echt verbaasd”, zegt Ling Li, een materiaalwetenschapper bij Virginia Tech in Blacksburg. Het lijkt erop dat het in 3D is geprint, zegt hij.
Li en collega’s gebruikten een elektronenmicroscoop om in te zoomen op gehoorbeentjes van enkele tientallen dode knobbelige zeester. Op een schaal van 50 micrometer, ongeveer de helft van de breedte van een mensenhaar, maakt het schijnbaar vormloze lichaam van elk gehoorbeentje plaats voor een gaasachtig patroon dat weerspiegelt hoe koolstofatomen in een diamant zijn gerangschikt.
Maar het diamantachtige rooster alleen verklaart niet volledig hoe de gehoorbeentjes sterk blijven.
Binnen dat rooster hebben de atomen waaruit het calciet bestaat hun eigen patroon, dat lijkt op een reeks gestapelde zeshoeken. Dat patroon heeft ook invloed op de sterkte van het calciet. Over het algemeen is de sterkte van een mineraal niet in alle richtingen gelijk. Dus als je in sommige richtingen op calciet duwt, is de kans groter dat het breekt dan kracht uit andere richtingen. In de gehoorbeentjes zijn het atomaire patroon en het diamantachtige rooster uitgelijnd op een manier die de intrinsieke zwakte van calciet compenseert.
Het is een raadsel hoe de dieren het diamantachtige rooster maken. Li’s team bestudeert levende knobbelige zeesterren en onderzoekt de chemie van de vorming van gehoorbeentjes. Begrijpen hoe de zeester hun gehoorbeentjes bouwt, kan inzichten verschaffen voor het maken van sterkere poreuze materialen, waaronder sommige keramiek.
We kunnen veel leren van een wezen als een zeester waarvan we denken dat het primitief is, zegt Li.
