別小看！軟體動物磁性牙齒在納米材料和納米級能源很有希望！

博科園：本文為材料科學類

一種軟體動物牙齒能磨碎岩石，可能是製造下一代耐磨材料和納米材料的關鍵。這種軟體動物被稱為gumboot chiton，它用一套由磁性礦物磁鐵礦製成的特殊牙齒從海洋岩石上刮下藻類。牙齒強度和硬度是已知生物材料中最大的。雖然磁鐵礦是地殼中常見的一種地質礦物，但已知產生磁鐵礦的動物很少，人們對它們是如何產生磁鐵礦的知之甚少。更好地理解生物礦化過程，結合對幾丁質牙齒結構和力學的深入了解，不僅可以幫助科學家改進耐磨塗層和工具，而且有助於發展用於能源和水基應用的納米材料。

博科園-科學科普：現在，由岡山大學(Okayama University)農業助理教授美智子·尼莫托(Michiko Nemoto)和加州大學河濱分校(UC Riverside)伯恩斯工程學院(Bourns College of engineering)材料科學與化學工程教授戴維·基塞盧斯(David Kisailus)領導的一個研究小組首次發現了一種基因之謎，這種謎團可以讓幾丁質產生磁石納米材料。幾丁質有幾十排牙齒附著在帶狀結構上，每顆牙齒由礦化尖部或尖部區域和支撐礦化尖部的基部組成，磁鐵礦只沉積在尖部區域，當牙齒磨損時，它們就會被新牙齒所取代，所以牙齒總是處於不同的形成階段。

膠靴幾丁質(隱几丁質stelleri)，圖片：Kisailus仿生與納米結構材料實驗室

研究人員沒有尋找特定的基因，而是檢查了轉錄組，即牙齒中所有RNA分子的集合，以了解基因實際上表達了什麼物質。DNA包含藍圖，但RNA是「轉錄」藍圖並幫助實現它們的物質。發現在發育中的牙齒區域，20個最豐富的RNA轉錄本中含有鐵蛋白，鐵蛋白是一種儲存鐵並以可控方式釋放鐵的蛋白質，而在礦化的牙齒區域，則含有線粒體蛋白質，這種蛋白質可能提供將原材料轉化為磁鐵礦所需的能量。在完全礦化的牙尖上，研究人員還發現了22種蛋白質，其中包括一種新蛋白質，他們稱之為「牙髓基質蛋白1」。

成排的幾丁質牙齒鑲嵌在帶狀結構中，圖片：Kisailus仿生與納米結構材料實驗室

這種新蛋白質可能與牙齒上的其他物質相互作用產生氧化鐵。這些發現可以幫助科學家解決下一代電子產品的一個緊迫問題——納米級能源。知道如何控制生物磁鐵礦的生長，可以幫助科學家創造出納米級的能源材料。這篇題為《星狀隱几丁質牙生物礦化分子機制的轉錄組學和蛋白質組學綜合分析》的論文發表在2019年1月29日的《科學報告》上。除了Nemoto和Kisailus，作者還包括:Dongni Ren, Steven Herrera, Songqin Pan, Takashi Tamura, Kenji Inagaki。

單個幾丁質齒，顯示磁鐵礦尖。圖片：Kisailus仿生與納米結構材料實驗室

博科園-科學科普｜研究/來自: 加州大學河濱分校

Holly Ober, University of California - Riversid

參考期刊文獻:《Scientific Reports》

DOI: 10.1038/s41598-018-37839-2

博科園-傳遞宇宙科學之美

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！