Elektronmikroskopbild av ett tvärsnitt av ett blötdjursskal. Organismen bygger sitt skal inifrån och ut genom att avsätta lager av kalciumkarbonat-nanopartiklar. När partikeldensiteten ökar med tiden smälter de samman till stora platta kristaller inbäddade i lager av organiskt material för att bilda pärlemor.
Moder natur har mycket att lära oss om hur man gör saker.
Med det i åtanke, Cornell-forskare har avslöjat processen genom vilken blötdjur tillverkar pärlemor - allmänt känd som "pärlemor". Tillsammans med sin iriserande skönhet, detta material som finns på insidan av snäckskal är otroligt starkt. Att veta hur det är tillverkat kan leda till nya metoder för att syntetisera en mängd nya material med ännu oanade egenskaper.
"Vi har alla dessa högteknologiska anläggningar för att göra nya material, men ta en promenad längs stranden och se vad som görs, " sa postdoktorn Robert Hovden, FRÖKEN. '10, Ph.D. '14. "Naturen gör otrolig nanovetenskap, och vi måste gräva i det."
Hovden är huvudförfattare till en artikel som beskriver upptäckten publicerad i 3 december-upplagan av tidskriften Naturkommunikation . Hovden arbetade med Lara Estroff, docent i materialvetenskap och teknik; David Muller, professor i tillämpad och teknisk fysik; och Stephan Wolf, en gästforskare från Tyskland, i Estroffs Bio-Inspired Materials Research Group.
Med hjälp av ett högupplöst scanningstransmissionselektronmikroskop (STEM), forskarna undersökte ett tvärsnitt av skalet på ett stort medelhavsblötdjur som kallas det ädla pennskalet eller solfjädermusslan (Pinna nobilis). För att göra observationerna möjliga var de tvungna att utveckla en speciell provberedningsprocess. Med hjälp av en diamantsåg, de skär en tunn skiva genom skalet, sedan slipade den i själva verket ner med en tunn film där diamantbitar i mikronstorlek var inbäddade, tills de hade ett prov som var mindre än 30 nanometer tjockt, lämplig för STEM-observation. Som vid slipning av trä, de gick från tyngre korn för snabb skärning till en fin slutlig polering för att göra en yta fri från repor som kan förvränga STEM-bilden.
Bilder med upplösning i nanometerskala avslöjade att organismen bygger pärlemor genom att deponera en serie lager av ett material som innehåller nanopartiklar av kalciumkarbonat. Att röra sig inifrån och ut, dessa partiklar ses komma samman i rader och smälta samman till platta kristaller laminerade mellan lager av organiskt material. (Lakten är tunnare än våglängderna för synligt ljus, orsakar spridningen som ger materialet dess iriserande.)
Exakt vad som händer vid varje steg är ett ämne för framtida forskning. Tills vidare, forskarna sa i sin uppsats, "Vi kan inte gå tillbaka i tiden" för att observera processen. Men att veta att nanopartiklar är inblandade är en värdefull insikt för materialforskare, sa Hovden.
