Kredit:Craig Chandler
Skalbaggar bär en kroppsrustning som borde tynga dem – tänk på medeltida riddare och sköldpaddor. Faktiskt, de hårda skalen som skyddar ömtåliga vingar är förvånansvärt lätta, tillåter jämn flygning.
Bättre förståelse av strukturen och egenskaperna hos skalbaggars exoskelett kan hjälpa forskare att konstruera lättare, starkare material. Sådana material kan, till exempel, minska gasmotståndet i fordon och flygplan och minska tyngden av rustning, lätta på bördan för 2000-talets riddare.
Men att avslöja exoskelettarkitektur på nanoskala har visat sig vara svårt. Nebraskas Ruiguo Yang, biträdande professor i maskin- och materialteknik, och hans kollegor hittade ett sätt att analysera den fibrösa nanostrukturen. Deras resultat presenterades nyligen på omslaget till Avancerade funktionella material .
Det lätta exoskelettet är sammansatt av kitinfibrer bara runt 20 nanometer i diameter (ett människohår mäter cirka 75, 000 nanometer i diameter) och packade och staplade i lager som vrider sig i en spiral, som en spiraltrappa. Den lilla diametern och spiralformade vridningen, känd som Bouligand, gör strukturen svår att analysera.
Yang och hans team utvecklade en metod för att skära ner spiralen för att avslöja en yta av tvärsnitt av fibrer i olika orienteringar. Ur den synvinkeln, forskarna kunde analysera fibrernas mekaniska egenskaper med hjälp av ett atomkraftmikroskop. Denna typ av mikroskop applicerar en liten kraft på ett testprov, deformerar provet och övervakar provets svar. Kombinera det experimentella förfarandet och teoretisk analys, forskarna kunde avslöja exoskelettets nanoskalaarkitektur och nanofibrernas materialegenskaper.
Ruiguo Yang, biträdande professor i maskin- och materialteknik, och hans kollegor hittade ett sätt att analysera skalbaggars fibrösa nanostruktur. Bättre förståelse för strukturen och egenskaperna hos skalbaggars exoskelett kan hjälpa forskare att konstruera lättare, starkare material. Kredit:Craig Chandler
De gjorde sina upptäckter i den vanliga fikonbaggen, Cotinis mutabilis, en metallisk grön infödd i västra USA. Men tekniken kan användas på andra skalbaggar och varelser med hårt skal och kan även sträcka sig till konstgjorda material med fibrösa strukturer, sa Yang.
Att jämföra skalbaggar med olika krav på sina exoskelett, som att försvara sig mot rovdjur eller miljöskador, skulle kunna leda till evolutionära insikter samt en bättre förståelse av sambandet mellan strukturella egenskaper och deras egenskaper.
