#

13

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

#

1

2

3

4

5

6

7

8

9

CG

Z

RA

PO

VD

%

@

ST

TX

CA

X

CK

CH

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

CG

Z

RA

PO

VD

%

@

ST

TX

CA

X

CK

CH

Специальные материалы, повышающие силу укуса мелких тварей Согласно новому исследованию Орегонского университета, ограниченная сила их мелких мышц иначе не позволит.

Эти знания не облегчат боль от прокола кожи человека, но могут быть полезны для разработки новых высокоточных режущих инструментов, сказал Роберт Шофилд, ведущий автор статьи, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Scientific Reports.

Команда Шофилда, в которую входили 15 нынешних и бывших студентов и аспирантов из UO и Lane Community College, использовала миниатюрные испытательные машины для изучения острых инструментов таких мелких организмов, как муравьи, щетинистые черви, скорпионы и пауки. В целом команда провела 1500 измерений вручную на 150 организмах 10 различных видов.

Острые инструменты содержат биоматериалы тяжелых элементов, как назвала их исследовательская группа. Они обогащены цинком и марганцем.

«С помощью атомно-зондовой томографии, передового типа микроскопа, мы наблюдали распределение цинка и белков в зубах муравьев в субнанометровом масштабе, что помогло нам понять , почему эти режущие «инструменты» такие прочные», — сказал Арун Деварадж, специалист по материалам. ученый, применивший специализированные методы атомной зондовой томографии, разработанные в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

 Они также представляют собой третий класс структурных биоматериалов, отличающихся от простых органических материалов, обнаруженных в когтях и ногтях, и минерализованных веществ в зубах и костях, заключили исследователи.

«Мы обнаружили, что, если бы эти маленькие организмы делали свои инструменты из того же органического материала, что и другие жесткие части их экзоскелетов, острые края деформировались бы больше, они были бы не такими твердыми и часто изнашивались бы намного быстрее, — сказал Шофилд, научный сотрудник физического факультета.

«С другой стороны, — сказал он, — если бы они использовали кальцинированный материал, из которого сделаны человеческие зубы, их инструменты были бы достаточно твердыми, но недостаточно острыми из-за большого размера кристаллов».

Этот класс биоматериалов, по словам Шофилда, создает более острые, устойчивые к повреждениям инструменты, которые позволяют скорпионам, например, использовать примерно пятую часть силы по сравнению с обычными органическими материалами.

С помощью своих испытательных машин и связанных с ними методов команда Шофилда измерила способность прокалывающих инструментов организмов сопротивляться ударам и разрушениям. Также были проведены измерения сопротивления истиранию и демпфирования или механической энергии свойств материалов.

С помощью томографии с атомным зондом команда создала трехмерные карты молекулярных фрагментов в белковых структурах, достигнув разрешения лучше семи нанометров. Другие прецизионные инструменты использовались для разборки материалов почти по атомам для изучения их состава.

«Человеческие инженеры могут извлечь уроки из этого биологического трюка, используемого маленькими организмами для развития своих острых клыков, укусов и челюстей», — сказал он. «Твердость муравьиных зубов, например, увеличивается примерно с твердости пластика до твердости алюминия при добавлении цинка. Хотя существуют гораздо более твердые конструкционные материалы, они часто более хрупкие или пластичные».

Исследование, финансируемое Национальным научным фондом, началось в рамках гранта, выданного в 2014 году, но проект был отложен из-за роли Шофилда в команде UO, участвовавшей в обсерватории лазерных интерферометров гравитационных волн.

Шофилд настраивал инструменты обсерватории в Луизиане утром 2016 года, когда была замечена первая гравитационная волна. Впоследствии он участвовал в других корректировках и обновлениях оборудования для обнаружения в Вашингтоне и Луизиане.

Дополнительными соавторами статьи были Деварадж и X. Ван, оба из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, и М.Х. Нессон, факультет биохимии и биофизики Орегонского государственного университета.

Технологии, использованные в проекте, расположены в Центре перспективной характеристики материалов в Орегоне, на базе UO, известной как CAMCOR, и в Лаборатории молекулярных исследований окружающей среды в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде, штат Вашингтон.