Zeeslaktand is ’s werelds sterkste materiaal

Zeeslaktand is ’s werelds sterkste materiaal

Er is een nieuw record voor het sterkste biologische materiaal op de wereld: de tand van een zeeslak. De tand verslaat de recordhouder spinnenzijde als sterkste materiaal uit de natuur, tonen Britse wetenschappers aan.

Het gaat hier om een in zee levende slakkensoort: de gewone schaalhoren, die ook wel puntkokkel of napslak wordt genoemd. De slak zet zich vast op rotsen en heeft ter bescherming voor zijn weke lichaam een schelp, soms bedekt met zeepokken. Op het menu van de schaalhoren staan algen. Het beestje heeft een lange tong met daarop honderden kleine tandjes waarmee hij over de rotsen schraapt om aan zijn maaltje te komen.

Deze tanden moeten wel extreem sterk en hard zijn om over steen te kunnen krassen zonder dat ze breken of beschadigen, dacht de onderzoeksgroep van materiaaltechnoloog Asa Barber van de Universiteit van Portsmouth (VK); en dat zijn ze inderdaad, rapporteren de onderzoekers in het vakblad Interface. De tanden blijken te bestaan uit gemineraliseerde biologische structuren die zo sterk zijn dat ze in de toekomst – eenmaal nagemaakt in het lab – auto’s, boten en vliegtuigen kunnen versterken.

Gemineraliseerde tanden

De tanden van de schaalhoren zijn minder dan één millimeter lang en gebogen. Ze bestaan grotendeels uit het ijzerhoudende mineraal geothiet, blijkt uit analyse van het onderzoeksteam. Nanovezels van geothiet vormen zich in de slak terwijl hij groeit, wat gemineraliseerde tanden oplevert. Geothiet is een ontzettend hard mineraal, maar op zichzelf niet erg sterk: het breekt als het tegen een steen aan wordt gesmakt. De schaalhoren lost dat probleem op door de geothietvezels te omgeven met chitine: een polymeer bestaande uit elastische vezels die zorgen voor stevigheid. Samen vormen geothiet en chitine een natuurlijk materiaal dat zowel sterk als hard is.

De sterkte van de tand maten de wetenschappers aan de hand van de kracht die nodig is om het materiaal te breken. Dat gaat met behulp van de atomic force microscoop die nanomaterialen uit elkaar trekt tot op het niveau van het atoom. De tandvezels weerstonden een trekkracht die gelijk staat aan een spaghettisliert waaraan 1500 kilogram wordt gehesen.

Dat is een record: de zeeslaktand is hiermee het sterkste biologische materiaal ooit gemeten. De geothietvezels zijn 10% sterker dan het uitzonderlijke sterke spinnenzijde, de voormalige recordhouder.

De grootte van de tand heeft bovendien geen invloed op de sterkte van het materiaal. Dat is opmerkelijk. “Over het algemeen hebben grote structuren veel onvolkomenheden en breken ze sneller dan kleine structuren”, legt Barber uit. Het team testte grotere en kleinere stukjes tand, maar de vezels bleken altijd even sterk.

Formule 1

Het geheim zit hem in de grootte van de geothietvezels, ontdekte het team. Alleen bij een hele specifieke vezelgrootte krijgt het materiaal zijn sterke, veerkrachtige structuur. “De natuur is best slim, want het vond miljoenen jaren geleden al uit dat foutjes of onvolkomenheden in het materiaal geen resultaat hebben op de sterkte als je de vezels klein houdt”, zegt Barber op de website LiveScience. De vezels zijn velen micrometers lang, maar hebben een diameter van slechts tientallen nanometers. Dat is duizenden keren dunner dan door de mens gemaakte nanovezels die in vliegtuigen en kogelvrije vesten zitten.

De volgende uitdaging voor het team is nadoen wat deze kleine zeeslakken kunnen: geothietvezels laten groeien in de juiste grootte. “Dankzij deze ontdekking kunnen we nu de structuren in schaalhorentanden nabootsen en gebruiken in potentiële toepassingen als Formule 1-raceauto’s en rompen van boten en vliegtuigen”, aldus Barber.

Bron:

Asa H. Barber e.a., ‘Extreme strength observed in limpet teeth’, Interface. Online op 18 februari 2015.

Dit nieuwsbericht verscheen 6 maart 2015 op Kennislink.

Reageer