Азотные вакансии помогли увидеть создание «магнитных» зубов

Зубы моллюска Acanthopleura hirtosa

Jeremy Shaw/University of Western Australia

Команда исследователей из Мельбурнского университета, Университета Западной Австралии и Калифорнийского университета в Риверсайде провела анализ зубов моллюска Acanthopleura hirtosa, который может минерализовать свои зубы с помощью растворенных в воде солей железа. Статья с результатами работы опубликована в журнале Molluscan Research.

Множество открытий, сделанных в последнее время, базируются на явлениях, подсмотренных у природы. Так, например, застежки-липучки были созданы по образу и подобию соцветий репейника, которые способны зацепляться за другие предметы с помощью того же механизма. Еще один пример биомиметики — нос высокоскоростного поезда, по форме повторяющий клюв зимородка.

В новой работе исследователи обратили свой взгляд на вид моллюсков Acanthopleura hirtosa, использующий железо из морской воды, чтобы создать на своих зубах слой магнетита — магнитного минерала, который считается одним из самых прочных из найденных в живых организмах. Сегодня в промышленности магнетит создается с помощью затратных высокотемпературных методов, в то время как этот моллюск способен создавать его более эффективно. Авторы новой работы решили выяснить, как ему это удается.

Для этого ученые применили уникальные методы микроскопии. Они использовали тонкий лист синтетического алмаза размером около четырех квадратных миллиметров. Для создания сенсоров ученые удалили два атома углерода из обычной структуры этого материала, заменив их одним атомом азота и создав таким образом вакансию. Сочетание атома азота, вакансии и дополнительного электрона создает так называемую азото-замещенную вакансию в алмазе (NV), который действует как датчик.

При освещении поверхности алмаза зеленым светом от оптического микроскопа NV-центры отражают обратно красный свет, сила которого зависит от локального магнитного поля. NV-центры невероятно чувствительны, и с их помощью можно обнаруживать магнитные поля в миллион раз слабее, чем магнит на вашем холодильнике.

Используя такой метод визуализации, ученые смогли получить первое изображение зубов этого моллюска на ранних стадиях минерализации. Авторы зафиксировали магнитное поле от наночастиц магнетита, а также его предшественника — биоминерала ферригидрита. Созданные учеными карты позволяют визуализировать картину минерализации, в ходе которой Acanthopleura hirtosa преобразует ферригидрит в магнетит в развивающихся зубах. Теперь исследователи планируют использовать свою технологию, чтобы описать детали самосборки магнетита и воссоздать этот процесс на практике.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.