Tengeri csillag ihlette kerámia

A kerámia jobban bírja a hőt és ellenáll a korróziónak, így számtalan alkalmazásban előnyösebb a fémeknél, azonban törékeny volta mégis határt szab a felhasználhatóságának. Miként lehetne megakadályozni, hogy eltöredezzen? A Virgianiai Műszaki Egyetem kutatói vizsgálták meg és utánozták le kerámia segítségével azt az anyagot, amelyből a tengeri csillag felépíti a külső mészvázát – tanulmányuk a science.org oldalán jelent meg.

Ling Li professzor és kutatócsoportja az Indiai- és a Csendes-óceánban honos tengericsillag-fajhoz, a Protoreaster nodosus-hoz fordult segítségért, mivel a sok millió évnyi evolúció olyan porózus anyagot eredményezett ezen állatoknál, amelyre az iparban igen nagy szükség volna. A porózus anyag könnyebb, így például kisebb energia felhasználásával lehet mozgatni, ez pedig üzemanyag-megtakarítást eredményez.

A természetben számtalan porózus anyag van, mindegyik más és más mikroszerkezettel rendelkezik, s ezért nagy különbségek is vannak köztük. Ilyen anyagok vizsgálatából szeretett volna a kutatócsoport ellenállóbb és erősebb kerámiahabokat létrehozni. A csillag mikroszerkezetének vizsgálatával azt találták, hogy az olyan rendezett, hogy még matematikai úton is leírható a mintázata. Soha korábban ilyen különösen szabályos felépítésű mikroszerkezettel nem találkoztak még a kutatók, se a szépiacsontokban, se a tengeri sünök vázában.

Mivel magát a tengericsillagvázat ugyanolyan mészanyag építi fel, amelyet például a táblakrétákból jól ismerünk, ez pedig könnyen törik, sőt, porlad is, a csillag esetében azonban ellenálló, kemény, az állat számára védelmet biztosító anyag a szerkezetéből adódóan alkalmas e feladatra.

E szerkezet egészen apró változtatásokkal az állat egyes testrészein még erősebbé válik, sőt, úgy tűnik, az állat a mozgásához is idomította váza mikroszerkezetét, s ezzel az érintett testrészeken megakadályozta azt, hogy megrepedezzen a váz. A kutatók ezt ahhoz hasonlították, mint amikor az ember csontjai megerősödnek a fizikai aktivitás hatására.

Patricia Dove, az élőlényekben kialakuló ásványok (amilyen a csont, a mészváz is) szakértője szerint a tengeri csillagokat is magában foglaló ragadozó tüskésbőrűek vázának mikroszerkezeti vizsgálata számos új anyag előtt nyitja meg az utat.

Li és kollégái 3D nyomtatott változatban elkészítették a tengericsillag vázának felnagyított mikroszerkezetét, amely bemutatási és oktatási célokat szolgál, maga a mikroszerkezet pedig kerámiaként születhet majd újjá. „A természet képes szobahőmérsékleten és átlagos nyomáson összeállítani ezeket ásványokat különleges szerkezetekké, mi emberek egyelőre még képtelenek vagyunk erre” – mondta Li. A Virgianiai Műszaki Egyetem szakemberei azonban azon dolgoznak, hogy ez mielőbb megvalósuljon, s számtalan más biológia inspirálta anyaggal együtt az emberiség hasznára váljon.