Forskere dechifrerer arkitekturen i nanoskalaen af ​​en billeskall

Biller bærer en rustning, der bør tynge dem ned - tænk på middelalderriddere og skildpadder. Faktisk, de hårde skaller, der beskytter sarte vinger, er overraskende lette, tillader jævn flyvning.

Bedre forståelse af strukturen og egenskaberne af billers exoskeletter kunne hjælpe videnskabsmænd med at konstruere lettere, stærkere materialer. Sådanne materialer kunne for eksempel, reducere gasslugende modstand i køretøjer og fly og reducere vægten af ​​panser, lette byrden for det 21. århundredes ridder.

Men det har vist sig svært at afsløre eksoskeletarkitektur på nanoskala. Nebraskas Ruiguo Yang, assisterende professor i maskin- og materialeteknik, og hans kolleger fandt en måde at analysere den fibrøse nanostruktur på. Deres resultater blev vist for nylig på forsiden af Avancerede funktionelle materialer .

Det lette eksoskelet er sammensat af kitinfibre lige omkring 20 nanometer i diameter (et menneskehår måler ca. 75, 000 nanometer i diameter) og pakket og stablet i lag, der snoer sig i en spiral, som en vindeltrappe. Den lille diameter og spiralformede vridning, kendt som Bouligand, gør strukturen svær at analysere.

Yang og hans team udviklede en metode til at skære spiralen ned for at afsløre en overflade af tværsnit af fibre i forskellige orienteringer. Fra det synspunkt, forskerne kunne analysere fibrenes mekaniske egenskaber ved hjælp af et atomkraftmikroskop. Denne type mikroskop udøver en lille kraft på en testprøve, deformerer prøven og overvåger prøvens respons. Ved at kombinere den eksperimentelle procedure og teoretisk analyse, forskerne var i stand til at afsløre eksoskelettets nanoskalaarkitektur og nanofibrenes materialeegenskaber.

De gjorde deres opdagelser i den almindelige figeater bille, Cotinis mutabilis, en metallisk grøn indfødt i det vestlige USA. Men teknikken kan bruges på andre biller og hårdskallede skabninger og kan også udvides til kunstige materialer med fibrøse strukturer, sagde Yang.

Sammenligning af biller med forskellige krav til deres eksoskelet, såsom forsvar mod rovdyr eller miljøskader, kunne føre til evolutionær indsigt samt en bedre forståelse af sammenhængen mellem strukturelle træk og deres egenskaber.