Kerang, Tukang Mutiara Berpresisi Skala Nano

(Unsplash)
(University of Michigan)
(University of Michigan)

KBRN, Michigan: Hewan moluska diketahui mampu membangun struktur yang sangat tahan lama dengan tingkat simetri yang melampaui segala sesuatu di alam, kecuali pada tingkat atom individu. 

Dan dengan mempelajari hewan ini, tim yang dipimpin University of Michigan (UM) untuk pertama kalinya mempelajari dan menginformasikan bagaimana mengembangkan bahan nano berkualitas tinggi di masa depan.

"Kita manusia, dengan semua akses kita ke teknologi, tidak dapat membuat sesuatu dengan arsitektur skala nano serumit mutiara," kata Robert Hovden, asisten profesor ilmu material dan teknik UM dan penulis makalah tersebut. "Jadi kita bisa belajar banyak dengan mempelajari bagaimana mutiara berubah dari ketiadaan yang tidak teratur menjadi struktur yang sangat simetris ini."

Analisis dilakukan bekerja sama dengan para peneliti di Australian National University, Lawrence Berkeley National Laboratory, Western Norway University dan Cornell University.

Diterbitkan di Proceedings of the National Academy of Sciences, penelitian ini menemukan bahwa simetri mutiara menjadi semakin lebih tepat saat ia terbentuk, menjawab pertanyaan berabad-abad tentang bagaimana gangguan di pusatnya menjadi semacam kesempurnaan.

Lapisan nacre, komposit organik-anorganik warna-warni dan sangat tahan lama yang juga membentuk cangkang tiram dan moluska lainnya, dibangun di atas pecahan aragonit yang mengelilingi pusat organik. Lapisan, yang membentuk lebih dari 90% volume mutiara, menjadi semakin tipis dan semakin serasi saat terbentuk keluar dari pusat.

Mungkin temuan yang paling mengejutkan adalah bahwa moluska mempertahankan simetri mutiara mereka dengan menyesuaikan ketebalan setiap lapisan nacre. Jika satu lapisan lebih tebal, lapisan berikutnya cenderung lebih tipis, dan sebaliknya. Mutiara yang digambarkan dalam penelitian ini mengandung 2.615 lapisan nacre yang cocok, disimpan selama 548 hari, seperti dikutip dari University of Michigan, Sabtu (23/10/2021).

"Lapisan nacre yang tipis dan halus ini terlihat sedikit seperti seprai, dengan bahan organik di antaranya," kata Hovden. "Ada interaksi antara setiap lapisan, dan kami berhipotesis bahwa interaksi itulah yang memungkinkan sistem untuk mengoreksi seiring berjalannya waktu."

Tim juga mengungkap detail tentang bagaimana interaksi antarlapisan bekerja. Analisis matematis dari lapisan mutiara menunjukkan bahwa mereka mengikuti fenomena yang dikenal sebagai "gangguan 1/f", di mana serangkaian peristiwa yang tampaknya acak terhubung, dengan setiap peristiwa baru dipengaruhi oleh peristiwa sebelumnya. Gangguan 1/f terbukti mengatur berbagai macam proses alam dan buatan manusia termasuk aktivitas seismik, pasar ekonomi, listrik, fisika dan bahkan musik klasik.

"Ketika Anda melempar dadu, misalnya, setiap lemparan benar-benar independen dan terputus dari setiap lemparan lainnya. Tapi gangguan 1/f berbeda karena setiap event terhubung," kata Hovden. "Kita tidak bisa memprediksinya, tapi kita bisa melihat struktur dalam kekacauan. Dan di dalam struktur itu ada mekanisme kompleks yang memungkinkan ribuan lapisan mutiara bersatu menuju keteraturan dan presisi."

Tim menemukan bahwa mutiara tidak memiliki keteraturan jangka panjang yang sebenarnya - jenis simetri yang direncanakan dengan hati-hati yang membuat ratusan lapisan di bangunan bata menjadi tetap konsisten. Sebaliknya, mutiara menunjukkan keteraturan jarak menengah, mempertahankan simetri sekitar 20 lapisan sekaligus. Ini cukup untuk menjaga konsistensi dan daya tahan selama ribuan lapisan yang membentuk mutiara.

Tim mengumpulkan pengamatan mereka dengan mempelajari mutiara Akoya "keshi", yang dihasilkan oleh tiram Pinctada imbricata fucata di dekat garis pantai Timur Australia. Mereka memilih mutiara khusus ini, yang berdiameter sekitar 50 milimeter, karena mereka terbentuk secara alami, berbeda dengan mutiara budidaya manik, yang memiliki pusat buatan. Setiap mutiara dipotong dengan gergaji kawat berlian menjadi beberapa bagian dengan diameter tiga sampai lima milimeter, kemudian dipoles dan diperiksa di bawah mikroskop elektron.

Hovden mengatakan temuan penelitian ini dapat membantu menginformasikan material generasi berikutnya dengan arsitektur skala nano berlapis yang tepat.

"Ketika kita membangun sesuatu seperti bangunan batu bata, kita dapat membangun secara berkala melalui perencanaan dan pengukuran yang cermat serta pembuatan pola," katanya. "Moluska dapat mencapai hasil serupa pada skala nano dengan menggunakan strategi yang berbeda. Jadi kita harus banyak belajar dari mereka, dan pengetahuan itu dapat membantu kita membuat bahan yang lebih kuat dan lebih ringan di masa depan."

Reaksi anda terhadap berita ini :

Komentar

00:00:00 / 00:00:00