Værdifulde indsigter fra efterligning af skelet af naturlige havsvampe.
Forskere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) og Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) i Tyskland har skabt et nyt syntetisk hybridmateriale med et mineralindhold på næsten 90 procent, men alligevel ekstremt fleksibelt. De imiterede de strukturelle elementer, der findes i de fleste havsvampe, og genskabte svampespiculerne ved hjælp af det naturlige mineralsk calciumcarbonat og et protein fra svampen. Naturlige mineraler er normalt meget hårde og stikkende, så skrøbelige som porcelæn. Forbløffende er de syntetiske spikler overlegne med deres naturlige modstykker med hensyn til fleksibilitet og udviser en gummilignende fleksibilitet. De syntetiske spikler kan for eksempel let være U-formet uden at bryde eller vise tegn på brud. Dette meget usædvanlige karakteristik, der er beskrevet af de tyske forskere i den aktuelle udgave af Science, skyldes hovedsageligt den del af organiske stoffer i det nye hybridmateriale. Det er cirka ti gange så meget som i naturlige spiculer.
Nærbillede af en skrøbelig stjerne over gule rørsvampe. Kredit: Shutterstock / Vilainecrevette
Spicules er strukturelle elementer, der findes i de fleste havsvampe. De giver strukturel støtte og afskrækker rovdyr. De er meget hårde, stikkende og endda ret vanskelige at skære med en kniv. Svampespikulerne er således et perfekt eksempel på et let, hårdt og uigennemtrængeligt forsvarssystem, som kan inspirere ingeniører til at skabe fremtidens karrosseripanser.
Forskerne ledet af Wolfgang Tremel, professor ved Johannes Gutenberg University Mainz, og Hans-Jürgen Butt, direktør ved Max Planck Institute for Polymer Research i Mainz, brugte disse naturlige svampespikler som model til at dyrke dem i laboratoriet. De syntetiske spiculer blev fremstillet af kalsit (CaCO3) og silikatin-a. Det sidstnævnte er et protein fra siliciumagtige svampe, der i naturen katalyserer dannelsen af silica, der danner de naturlige silicaspigler af svampe. Silicatein-? blev brugt i laboratorieindstillingen til at kontrollere selvorganiseringen af calcite spicules. Det syntetiske materiale blev selvsamlet fra et amorft calciumcarbonatmellemprodukt og silikatin og ældet derefter til det endelige krystallinske materiale. Efter seks måneder bestod de syntetiske spikler af kalsit-nanokrystaller, der var på linje på en murstensvæg med proteinet indlejret som cement i grænserne mellem kalsit-nanokrystallerne. Spikulerne havde en længde på 10-300 mikrometer med en diameter på 5-10 mikrometer.
Da forskerne, blandt dem kemikere, polymerforskere og molekylærbiologen professor Werner EG Müller fra Mainz University Medical Center, også skriver i deres videnskabspublikation, har de syntetiske spikler endnu et særligt kendetegn, dvs. de er i stand til at transmittere lys bølger, selv når de er bøjede.
Via Johannes Gutenberg Universitet