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Seltenes Biomaterial Das Geheimnis ultraharter Weichtierzähne

Redakteur: Christian Lüttmann

Eines der härtesten Materialien der Tierwelt findet sich auf der Raspelzunge der maritimen Käferschnecke. Darin haben Forscher der Universität Stuttgart nun eine besondere Entdeckung gemacht: ein seltenes Eisenmineral, welches entscheidend für die außerordentlichen Eigenschaften der „Schnecken-Zähne“ verantwortlich ist.

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Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Teils der Raspelzunge einer Käferschnecke. Gut sichtbar sind die vier dreizackigen Zähne.
Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Teils der Raspelzunge einer Käferschnecke. Gut sichtbar sind die vier dreizackigen Zähne.
(Bild: IGVP)

Stuttgart – Auf den ersten Blick kommt die maritime Käferschnecke (Cryptochiton stelleri) etwas unförmig daher, sodass sie im Englischen auch als „wandering meatloaf“, also „laufender Hackbraten“ bezeichnet wird. Doch unter seiner unscheinbaren Fassade hat das Meerestier Erstaunliches zu verbergen: Die Zähne seiner Raspelzunge (Radula), mit der es Algen von Felsen schabt, sind aus einem besonderen Material und beinhalten das seltene Eisenmineral Santabarbarait. Dieses verleiht den Zähnen in deren Wurzeln eine außergewöhnliche Steifigkeit und macht sie zu einem der härtesten bekannten Materialien in der Natur. Gleichzeitig sind die Zähne auf einer flexiblen und weichen Radula befestigt, was für eine hohe Flexibilität sorgt. So sind die Mollusken-Tiere perfekt an ihre Umgebung angepasst und beißen sich an den Felsen buchstäblich nicht die Zähne aus.

Vorbild für bioinspirierte 3D-Druck-Tinte

Unter der Leitung von Derk Joester, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der McCormick School of Engineering der Northwestern University in Evanston bei Chicago, hat ein Forschungsteam der Universität das Material der Zahnwurzel erstmals intensiv wissenschaftlich untersucht und dabei das seltene Santabarbaraits darin entdeckt. „Dieses Mineral wurde bisher nur in sehr geringen Mengen in geologischen Proben nachgewiesen und wurde noch nie in einem biologischen Kontext gefunden“, erklärt Joester die Bedeutung des Fundes.

Die Forscher haben zudem festgestellt, dass das Material der Zähne einen hohen Wassergehalt aufweist, was zu einer enormen Festigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte beiträgt. Sie gehen davon aus, dass dies die Zähne steifer und fester macht, ohne gleichzeitig mehr Gewicht zuzulegen. Diese besonderen Eigenschaften machen die Zähne auch für die angewandte Materialwissenschaft interessant. Basierend auf den Mineralien, die darin gefunden wurden, entwickelten die Forscher der Northwestern University eine bio-inspirierte „Tinte“ für den 3D-Druck von harten, steifen und haltbaren Materialien.

Originalpublikation: Linus Stegbauer et al.: Persistent polyamorphism in the chiton tooth: From a new biomaterial to inks for additive manufacturing, PNAS, in press; DOI: 10.1073/pnas.202016011

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