Forscher der Northwestern University ist ein seltener Fund gelungen. In den Zähnen eines Chitons olivaceus, der so genannten Käferschnecke, wurde das seltene Material Santabarbarait entdeckt. Die Forscher haben anschließend auf Basis des Eisenminerals eine Tinte entwickelt, die für den 3D-Druck ultraharter Objekte geeignet ist.

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Forscher der US-amerikanischen Northwestern University im Staat Illinois haben im Zahnmaterial eines Chitons olivaceus (oder einfacher ausgesprochen eine Käferschnecke) – einem Weichtier, das an felsigen Küsten lebt – ein seltenes Mineral entdeckt. Vor dieser Entdeckung war das Eisenmineral, das die Bezeichnung „Santabarbarait“ trägt, nur in Gesteinen gefunden. Dank dem harten Eisenmaterial sind die Zähne des Chitons so konstruiert, dass sie selbst das Kauen von Steinen aushalten, damit das Weichtier sich ernähren kann.

Basierend auf Eisenmineralien aus Chitonzähnen entwickelte das Forscherteam der Northwestern University jetzt eine 3D-Druck-Tinte für die additive Fertigung von ultraharten, steifen und langlebigen Materialien.

Seltenes Material bisher nur in geologischen Proben beobachtet

Zähne eines Chiton Olivaceus
In der mikroskopischen Aufnahmen sind die Zähne eines Chiton Olivaceus sehr gut zu erkennen (Bild © Northwestern University).

Die Zähne eines Chitons gehören zu den härtesten Materialien, die in der Natur vorgefunden wurden. Die Zähne sind an einer flexiblen, weichen Radula – einem zungenähnlichen Organ – befestigt, die am Gestein kratzt, um Nahrung wie z. B. Algen zu sammeln.

Derk Joester, Professor für Materialwissenschaften und der leitende Autor der Studie, sagt:

„Dieses Eisenmineral wurde bisher nur in geologischen Materialproben und in sehr kleinen Mengen beobachtet, jedoch niemals in einem biologischen Kontext.“

Die Studie „Persistent polyamorphism in the chiton tooth: From a new biomaterial to inks for additive manufacturing“ wird in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wird.

Das Forscherteam unter Leitung von Joester wandte sie sich einem riesigen, rotbraunen Chiton (Cryptochiton stelleri) zu, um seine Zähne wörtlich unter die Lupe zu nehmen. Dazu kamen in Zusammenarbeit mit verschiedenen Wissenschaftlern hochmoderne Technologien wie Mößbauer-Spektroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie zum Einsatz.

Nachbildung des Materials als 3D-Druck-Tinte

Biotinte aus Santabarbarait
Die Biotinte entsteht im Gemisch aus dem Eisenmateriali und Biopolymer und ermöglicht ultrafeste Objekte (Bild © Northwestern University).

Das Forscherteam hat auf Basis des Eisenminerals eine Tinte entwickelt, die für den 3D-Druck geeignet ist. Die reaktive Tinte aus Phosphat- und Eisenionen wird in ein Biopolymer zugemischt, welches aus dem Weichtier gewonnen wird. Diese Mischung entwickelt sich nach der Lufttrocknung zu einem steifen und harten Endmaterial, was im 3D-Druck-Bereich zahlreiche Anwendungen ermöglicht.

Joester ist fest davon überzeugt, dass wir noch viel von dem Chiton-inspirierten Material lernen können, das ultraharte Zähne mit der weichen Reibzunge des Tieres verbindet. Joester sagte abschließend.

„Es interessant zu beobachten, wie die ultraharten Zähne eines Chitons mit einer weichen darunterliegenden Struktur fest verbunden werden. Auch in der modernen additiven Fertigung ist das eine bedeutende Herausforderung. Daher schauen wir uns Organismen wie den Chiton an, um zu verstehen, wie sich solche Prozesse über Millionen von Jahren in der Natur entwickelt haben.“

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