Schneiden wie Ameisenzähne

Haven Sieich Jemals Gefragt, wie Winzige Kreaturen So Leicht Schneiden, Durchstechen Oder Stechen Können? Neue Forschungsergebnisse Zeigen, Dass Ameisen, Würmer, Spinnen und Andere Winzige Wesen über Egebaute werktzeugen, ähm Die Jederschreiner -Chirurg -Vorteil. Neue Untersuchungen zeigen, dass Ameisen, Würmer, Spinnen und andere winzige Wesen ein integriertes Werkzeug haben, die den Neid eines Schreiners oder Chirurgen haben würden. Eine im Naturjournal „Scientific Reports“ veröffentlichte Studie zeigt zum ersten Mal, wie einzelne Zinkatome angeordnet sind, um die Kürzungseffizienz zu maximieren und die Schärfe dieser exquisit konstruierten Tierwerkzeuge aufrechtzuerhalten. Eine Zusammenarbeit zwischen einem Forschungsteam an der University of Oregon und dem Pacific Northwest National Laboratory des US -Energieministeriums des US -Energieministeriums ergab, wie winzige Kreaturen relativ leicht reduziert und punktiert wurden. Betrachten Sie den Zahn einer Ameise. Ja, Ameisen haben Zähne, wie jeder, der auf einen Ameisenhügel getreten ist, bestätigen kann. Diese spezialisierten Strukturen – technisch als Unterkieferzähne bezeichnet, weil sie außerhalb des Mundes befestigt sind, bestehen aus einem Netzwerk von Materialien, die einzelne Zinkatome fest binden. Der Effekt ist ein Unterkiefer, bei dem mehr als 8% des Zahngewichts mit Zink gepackt werden. Diese Art von speziellen Treibwerkzeugen war eine jahrzehntelange Faszination für Associate Professor Robert Schofield, der die Studie leitete. Sein Team von Biophysikern hat Techniken entwickelt, um Härte, Elastizität, Energie des Frakturs, Abriebfestigkeit und Schlagresistenz auf einer Miniaturskala zu messen. Arun Devaraj arbeitet im Labor. Ameisen -Mandibles (Top Photo) Packen Sie dank eingebetteter Zinkatome einen kraftvollen Biss. Image mit freundlicher Genehmigung des pazifischen Nordwest -Nationallabors, aber das Team konnte die Struktur der Materialien, aus denen Ameisenzähne und andere mikroskopische Tierwerkzeuge besteht, insbesondere im atomaren Maßstab nicht erkennen. Hier betraten der PNNL -Materialwissenschaftler Arun Devaraj und der Doktorand Xiaoyue Wang das Bild. Devaraj ist ein Experte für die Verwendung einer spezialisierten Mikroskoptechnik namens Atom -Sondentomographie. Er verwendete ein fokussiertes Ionenstrahlmikroskop, um eine winzige Nadelprobe von der Spitze eines Ameisenzahns zu nehmen, und beendete diese Nadelprobe mithilfe der Atomsondentomographie, sodass das Team feststellen kann, wie einzelne Atome in der Nähe der Spitze eines Ameisenzahns angeordnet sind. Mit dieser Technik zeichneten Devaraj und Wang zum ersten Mal die nanoskalige Verteilung von Zinkatomen im Zahn einer Ameise auf. “Wir konnten sehen, dass das Zink im Zahn einheitlich verteilt ist, was eine Überraschung war”, sagte Devaraj. “Wir hatten erwartet, dass das Zink in Nanonodulen gruppiert wird.” Das Team schätzte, dass diese Biomaterialien es schärfer sein können, dass Tiere 60% oder sogar weniger die Kraft verwenden, die notwendig wäre, wenn die Werkzeuge aus Materialien bestehen würden, die den in menschlichen Zähnen enthalten sind. Da weniger Kraft erforderlich ist, geben kleinere Muskeln weniger Energie aus. Diese Vorteile können erklären, warum jede Spinne, Ameise, Wurm und Krustentiere sowie viele andere Organismen diese speziellen Werkzeuge haben. “Menschliche Ingenieure könnten auch aus diesem biologischen Trick lernen”, sagte Schofield. „Die Härte von Ameisenzähne nimmt beispielsweise von der Härte von Kunststoff bis zur Härte von Aluminium zu, wenn das Zink hinzugefügt wird. Während es viel härtere Ingenieurmaterialien gibt, sind sie oft spröde. “ Devaraj sagte, das Lernen aus der Natur sei eine Möglichkeit, zu verstehen, was Materialien stärker und schadenfestes macht. Er nutzt einen DOE Early Career Award, um diese Prinzipien auf Atomgröße zu untersuchen. “Durch die Untersuchung der Stahlmikrostruktur auch im atomaren Maßstab”, sagte er. – Karyn Hede