Pesquisadores da Northwestern University descobriram, pela primeira vez, um mineral raro escondido dentro dos dentes de um qua­ton, um grande molusco encontrado ao longo da costa rochosa. Antes dessa estranha surpresa, o mineral de ferro, chamado santabarbaraa­te, são havia sido documentado em rochas.

A nova descoberta ajuda a entender como todo o dente de qua­ton - não apenas a caºspide ultrarra­gida e dura¡vel - foi projetado para suportar a mastigação de pedras para se alimentar. Com base nos minerais encontrados nos dentes de qua­ton, os pesquisadores desenvolveram uma tinta bioinspirada para impressão 3D de materiais ultra-duros, ra­gidos e dura¡veis .

"Este mineral são foi observado em espanãcimes geola³gicos em quantidades muito pequenas e nunca antes foi visto em um contexto biola³gico", disse Derk Joester da Northwestern, autor saªnior do estudo. "Tem alto teor de a¡gua, o que o torna forte com baixa densidade. Achamos que isso pode endurecer os dentes sem adicionar muito peso."

O estudo serápublicado na semana de 31 de maio na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

Joester éprofessor associado de ciência de materiais e engenharia na McCormick School of Engineering da Northwestern. Linus Stegbauer, um ex-pa³s-doutorado no laboratório de Joester, éo primeiro autor do artigo. Na Northwestern, durante a pesquisa, Stegbauer éagora o investigador principal do Instituto de Engenharia de Processos Interfaciais e Tecnologia de Plasma da Universidade de Stuttgart, na Alemanha.

Um dos materiais mais duros conhecidos na natureza, os dentes de qua­ton estãopresos a uma ra¡dula macia, flexa­vel e semelhante a uma la­ngua, que raspa as rochas para coletar algas e outros alimentos. Tendo estudado por muito tempo os dentes de qua­ton, Joester e sua equipe mais recentemente se voltaram para o Cryptochiton stelleri, um qua­ton gigante marrom-avermelhado que a s vezes écarinhosamente chamado de "bolo de carne errante".

Para examinar um dente de Cryptochiton stelleri, a equipe de Joester colaborou com Ercan Alp, um cientista saªnior da Fonte Avana§ada de Fa³tons do Laborata³rio Nacional de Argonne, para usar a espectroscopia Ma¶ssbauer sa­ncrotron da instalação, bem como com Paul Smeets para usar microscopia eletra´nica de transmissão na Northwestern University Atomic e Nanoscale Characterization and Experiment (NUANCE) Center. Eles encontraram santabarbaraa­te disperso por todo o estilete superior do qua­ton, uma estrutura longa e oca que conecta a cabea§a do dente a  membrana flexa­vel da ra¡dula.

"A caneta écomo a raiz de um dente humano, que conecta a caºspide do nosso dente a  nossa manda­bula", disse Joester. "a‰ um material resistente composto de nanoparta­culas extremamente pequenas em uma matriz fibrosa feita de biomacromolanãculas, semelhantes aos ossos do nosso corpo."

O grupo de Joester se desafiou a recriar esse material em uma tinta projetada para impressão 3D. Stegbauer desenvolveu uma tinta reativa que compreende a­ons de ferro e fosfato misturados em um biopola­mero derivado da quitina. Junto com Shay Wallace, um estudante graduado da Northwestern no laboratório de Mark Hersam, Stegbauer descobriu que a tinta imprimia bem quando misturada imediatamente antes da impressão.

"Amedida que as nanoparta­culas se formam no biopola­mero, ele fica mais forte e mais viscoso. Essa mistura pode então ser facilmente usada para impressão. A secagem subsequente ao ar leva ao material final duro e ra­gido", disse Joester. Joester acredita que podemos continuar a aprender e desenvolver materiais inspirados na caneta do chiton, que conecta dentes ultra-duros a uma ra¡dula macia.

"Ha¡ muito tempo somos fascinados pelo qua­ton", disse ele. "As estruturas meca¢nicas são tão boas quanto o seu elo mais fraco, por isso éinteressante aprender como o quitão resolve o problema de engenharia de como conectar seu dente ultrarra­gido a uma estrutura subjacente macia. Esse continua sendo um desafio significativo na fabricação moderna, então olhamos para organismos gostam do qua­ton para entender como isso éfeito na natureza, que teve um tempo de espera de algumas centenas de milhões de anos para se desenvolver. "