Magnetiske tænder lover materialer og energi

Et bløddyr med tænder, der kan slibe sten ned, kan være nøglen til at lave næste generation af slidbestandige materialer og materialer i nanoskala til energi.

Bløddyret, kaldet en gummistøvle chiton, skraber alger af havets sten ved hjælp af et specialiseret tandsæt lavet af det magnetiske mineral magnetit. Tænderne har den maksimale hårdhed og stivhed af ethvert kendt biomineral. Selvom magnetit er et geologisk mineral, der almindeligvis findes i jordskorpen, kun få dyr er kendt for at producere det, og lidt er kendt om, hvordan de laver det.

En bedre forståelse af biomineraliseringsprocessen, kombineret med en grundig forståelse af chiton tand arkitektur og mekanik, kunne hjælpe videnskabsmænd med ikke kun at forbedre slidbestandige belægninger og værktøj, men hjælper også med at dyrke materialer i nanoskala til energi- og vandbaserede applikationer.

Nu, for første gang, et hold ledet af Michiko Nemoto, en assisterende professor i landbrug ved Okayama University og David Kisailus, professor i materialevidenskab og kemiteknik ved UC Riversides Bourns College of Engineering, har opdaget en brik i det genetiske puslespil, der gør det muligt for chitonen at producere magnetit nanomaterialer.

Chitoner har flere dusin rækker af tænder fastgjort til en båndlignende struktur. Hver tand er sammensat af en mineraliseret spids, eller spidse områder, og base, der understøtter den mineraliserede spids. Magnetit deponeres kun i cusp -regionen. Når tænderne slides, erstattes de af nye tænder, så tænder i forskellige stadier af dannelse er altid til stede.

I stedet for at lede efter specifikke gener, forskerne undersøgte transkriptomet, sættet af alle RNA-molekyler i tænderne, for at se, hvilke stoffer generne rent faktisk udtrykte. DNA indeholder tegningerne, men RNA er det, der "transskriberer" tegningerne og hjælper med at udføre dem.

De fandt ud af, at de 20 mest udbredte RNA-transkriptioner i den udviklende tandregion indeholder ferritin, et protein, der lagrer jern og frigiver det på en kontrolleret måde, mens dem i området med mineraliserede tænder inkluderer proteiner af mitokondrier, der kan give den energi, der kræves til at omdanne råmaterialerne til magnetit. På den fuldt mineraliserede spids identificerede forskerne også 22 proteiner, der inkluderede et nyt protein, de kaldte "radular tandmatrixprotein1." Det nye protein kan interagere med andre stoffer på tænderne for at producere jernoxid.

Resultaterne kan hjælpe forskere med at løse et presserende problem for næste generations elektronik - nanoskala energikilder til at drive dem. At vide, hvordan man kontrollerer væksten af ​​biologisk magnetit, hvis magnetfelter har elektriske applikationer, kunne hjælpe forskere med at skabe energimaterialer i nanoskala.

Papiret med åben adgang, "Integrerede transkriptomiske og proteomiske analyser af en molekylær mekanisme for radulære tænders biomineralisering i Cryptochiton stelleri , " blev offentliggjort 29. januar i Videnskabelige rapporter . Ud over Nemoto og Kisailus, forfattere inkluderer Dongni Ren, Steven Herrera, Songqin Pan, Takashi Tamura, Kenji Inagaki.