Obwohl Fangschreckenkrebse nur etwas über 10 cm lang sind, besitzen sie beeindruckende Kräfte: Sie schleudern ihre keulenartigen Vorderbeine mit 23 Metern pro Sekunde auf die Beute – mit der Wucht einer Gewehrkugel.
Trotz dieser enormen Belastung widerstehen die uralten Krebstiere Schlag um Schlag, ohne Schaden zu nehmen.
Materialwissenschaftler der University of California, Irvine, haben nun entdeckt, dass die Keulen eine einzigartige Nanopartikelbeschichtung aufweisen, die Energie absorbiert und ableitet. Als Experten für biomimetische Materialien unter Leitung von Professor David Kisailus offenbaren sie diese Struktur detailliert.
Diese Erkenntnisse könnten technische Materialien in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Sportindustrie grundlegend verbessern.
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„Stellen Sie sich vor, Tausende Male mit Faustgeschwindigkeit gegen eine Wand zu schlagen, ohne sich zu verletzen“, erklärt Professor Kisailus, Leiter der Studie. „Diese Robustheit hat uns inspiriert, die Mechanismen zu erforschen.”
Mithilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterkraftmikroskopie analysierte das Team die nanoskalige Architektur der Oberflächenschicht. Sie besteht aus verschlungenen organischen Nanokristallen aus Proteinen und Polysacchariden sowie anorganischen Calciumphosphat-Nanokristallen, die wie Legosteine mit leichten Ausrichtungsunterschieden gestapelt sind.
„Das hochauflösende TEM-Bild hat uns gezeigt, wie diese Partikel aufgebaut sind und auf Stress reagieren. Bei niedrigen Dehnungsraten verformen sie sich wie Marshmallows und erholen sich anschließend“, erläutert Prof. Kisailus.
„Bei höheren Belastungen versteifen und brechen sie an den nanokristallinen Grenzflächen – ein Prozess, der enorme Energie aufnimmt.”
Die Forscher schlagen vor, diese Struktur nachzubilden, um Schutzoberflächen für Autos, Flugzeuge, Fahrradhelme und Körperschutz zu entwickeln.