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适合3D打印的“生物墨水”,可以模拟软体动物的强度和刚度

发布日期:2021-06-10 点击次数:251 来源:贤集网
  这种矿物是在一种将牙齿与软膜连接起来的长而空心的结构中发现的,它位于 Cryptochiton stelleri 软体动物中,由于其红棕色的颜色和独特的形状,也被称为“流浪肉饼”软体动物。
        该研究的高级作者、西北麦考密克工程学院材料科学与工程副教授德克乔斯特表示,这种矿物仅在地质标本中观察到,数量非常少,而且以前从未在生物环境中发现过。
        它含水量高,密度低,强度高,可能会在不增加太多重量的情况下使牙齿变硬。

        “流浪肉饼”软体动物
         软体动物因其红棕色和体长可达 14 英寸而被昵称为“流浪肉饼”,也被称为巨型太平洋石鳖。
        据报道,Chiton 牙齿由自然界中已知最坚硬的材料之一制成,旨在忍受咀嚼岩石来进食。Chiton 牙齿附着在柔软、灵活、舌状的齿叶上,齿状齿条刮擦岩石以收集藻类和其他食物。
        研究人员对连接超硬牙齿和软齿槽的触控笔特别感兴趣,并相信可以从这种天然材料中学到很多东西。
        这是一种坚韧的材料,由极小的纳米粒子组成,由生物大分子制成的纤维基质组成,类似于我们体内的骨骼。
        为了检查来自 Cryptochiton stelleri 的牙齿,研究人员利用了西北大学原子和纳米级表征与实验(NUANCE) 中心的透射电子显微镜。
        通过这个,他们发现了散布在石鳖上部触针中的 santabarbaraite,这是一种罕见的铁矿物,迄今为止仅在岩石中观察到。
        受大自然启发的生物墨水

        由同步加速 器微型计算机断层扫描确定的 3D 重建生成的单个牙头和上触针的虚拟部分的渲染。
        在石鳖中发现了这种稀有矿物后,研究人员着手在专为 3D 打印设计的生物墨水中重新创建这种材料。他们将铁离子和磷酸根离子与源自石鳖子的生物聚合物结合,创造出一种反应性墨水,并且打印效果很好。
        随着纳米粒子在生物聚合物中形成,它变得更坚固、更粘稠,这种混合物可以很容易地用于印刷。随后在空气中干燥导致最终材料变硬。

        通过生物墨水开发和 3D 打印复制石螟触控笔的强度、刚度和连接特性的能力,有望用于未来受自然启发的学习和材料开发。
        机械结构的好坏取决于它们最薄弱的环节,因此了解石壳藻如何将其超硬牙齿连接到柔软的底层结构非常有趣。

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