Le formiche devono usare il 60% in meno di forza per mordere rispetto agli animali con denti naturali. Di conseguenza, tagliano facilmente le foglie o addirittura rompono i gusci di altri insetti, sebbene le loro mascelle siano spesso più sottili di un capello umano. Il loro trucco è lo stato dell’arte che, grazie agli atomi di metallo incorporati, può essere più nitido dei biocompositi convenzionali, secondo un rapporto di un gruppo di lavoro guidato da Robert M. Schofield dell’Università dell’Oregon. A differenza dello smalto dentale, ad esempio, non è costituito da cristalli inglobati in una massa basica di proteine, ma da una sostanza omogenea le cui proteine sono “rinforzate” con atomi di metallo come zinco o manganese. Come scrive il team su “Nature”È resistente come i biocompositi classici come quelli nei denti o nelle chele di un granchio, ma è più finemente strutturato e anche più resistente alla rottura.
Il team di Schofield studia da tempo i biomateriali arricchiti con elementi pesanti, una classe di materiali comuni non solo nelle formiche, ma anche negli scorpioni, nei ragni e in alcuni animali marini. Per molto tempo è stato un mistero come sono costruiti questi materiali compositi. L’altissimo contenuto di minerali, fino al 18% nei denti dei vermi marini, indica in realtà che anche piccoli pezzi di metallo sono inclusi nella proteina della mascella. Ma le misurazioni mostrano che gli atomi del metallo non sono legati insieme. Invece, con l’aiuto della tomografia a sonda atomica, il team ha ora dimostrato che il metallo è distribuito in modo omogeneo anche nelle strutture migliori.
A causa delle loro speciali proprietà chimiche, questi atomi metallici agiscono come “puntoni incrociati” che legano le proteine tra loro e tra loro e rendono il materiale più rigido. Di conseguenza, il materiale di cui sono fatti i denti delle formiche o delle punture di scorpione ha una struttura uniforme. D’altra parte, nei materiali compositi classici, ci sono materiali duri accanto a materiali morbidi e i due componenti assorbono i carichi in modo abbastanza diverso. Ad esempio, il materiale dentale può fratturarsi al confine tra un metallo duro e una proteina più flessibile, specialmente con strutture molto fini.
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