2019-02-02 22:44:02
磁性齿对材料和能量有希望

具有可以研磨岩石的牙齿的软体动物可能是制造下一代耐磨材料和纳米级能量材料的关键。

这种被称为gumboot chiton的软体动物使用由磁性矿物磁铁矿制成的一组特殊牙齿将藻类从海洋岩石上刮下来。牙齿具有任何已知生物矿物的最大硬度和刚度。虽然磁铁矿是一种常见于地壳中的地质矿物,但已知只有少数动物可以生产它,而人们对它们的制造方式知之甚少。

更好地了解生物矿化过程,结合对chiton牙齿结构和力学的全面了解,可以帮助科学家不仅改善耐磨涂层和模具,还有助于生长纳米级材料用于能源和水基应用。

现在,由冈山大学农业助理教授Michiko Nemoto和加州大学河滨分校Bourns工程学院材料科学与化学工程教授David Kisailus领导的团队第一次发现了一块遗传难题这允许chiton生产磁铁矿纳米材料。

Chitons有几十排牙齿附着在带状结构上。每个牙齿由矿化尖端或尖锐区域和支撑矿化尖端的基部组成。磁铁矿仅沉积在尖点区域。随着牙齿磨损,它们被新的牙齿取代,因此总是存在处于不同形成阶段的牙齿。

研究人员没有寻找特定的基因,而是研究了转录组,即牙齿中所有RNA分子的集合,以了解基因实际表达的物质。 DNA包含蓝图,但RNA是“转录”蓝图并帮助实现蓝图的。

他们发现在发育中的牙齿区域中20种最丰富的RNA转录物含有铁蛋白,一种储存铁的蛋白质并以受控方式释放它,而矿化牙齿区域的那些包括线粒体蛋白质,可提供转化所需的能量。原料变成磁铁矿。在完全矿化的尖端上,研究人员还发现了22种蛋白质,其中包括一种叫做“radular teeth matrix protein1”的新蛋白质。新蛋白质可能与牙齿上存在的其他物质相互作用,产生氧化铁。

这些发现可以帮助科学家解决下一代电子 - 纳米级能源的迫切问题。了解如何控制生物磁铁矿的生长,其磁场具有电学应用,可以帮助科学家创造纳米级能源材料。

开放获取论文,“Cryptochiton stelleri中radular牙齿生物矿化的分子机制的整合转录组学和蛋白质组学分析”于1月29日在Scientific Reports上发表。除了Nemoto和Kisailus之外,作者包括Dongni Ren,Steven Herrera,Songqin Pan,Takashi Tamura,Kenji Inagaki。

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