最近『Biophysics Reviews』誌に掲載された研究では、古代の海洋動物ペリネレイス・カルトリフェラ（学名：Perinereis cultrifera）が異常な顎の構造をしていることが指摘された。この生き物は、タンパク質と金属イオンで構成される「鋭い歯」を使って食べ物を捕らえ、砕きます。そのユニークな組成と物理的特性により、科学者は新しい材料分類概念「バイオメタル」を提案しました。
長い間、生物学者は材料の特性を定義する際に、生物組織を鉱物や金属から区別してきました。しかし、ウィーン工科大学（TU Wien）とウィーン大学の共同研究チームは、ナノインデンテーション試験、化学分析、精密画像技術を通じてワームの顎を詳細に解剖し、従来の生体材料を超える硬度と独特の性能を備えていることを発見した。
この研究では、ワームの顎の先端には非常に高濃度の金属イオンが存在し、その部分が非常に硬く、高強度の咬合作業を効果的に完了できることがわかりました。研究者らをさらに驚かせたのは、これらのジョーに微視的な圧力を加えると、銅や銀などの金属と同様の「Nix-Gao ナノインデンテーション サイズ効果」を示したことだ。つまり、スケールが小さくなると、材料を押し込むのがより難しくなります。これは、小さな領域の原子構造における応力の変化がより劇的なためです。
生体組織は金属と同様の硬さでありながら、通常の結晶金属にはない機械的特性も示します。研究著者のクリスチャン・ヘルミッヒ氏は、この虫の顎にはサイズに応じた弾性があり、応力後の顎の変形と回復能力が観察スケールが異なると変化することを意味すると指摘した。この特性は、「バイオメタル」を銅や銀などの一般的な工業用金属とは完全に区別します。
現在、研究チームは数学モデルを使用して、これらの複雑な弾性効果が原子レベルのプロセスからどのように発生するかを説明しています。研究チームは、これはこの分野を探索するための最初のステップにすぎないと述べています。研究者らは将来的に、研究範囲を拡大し、より多くの種を調査して「バイオメタル」の理論的枠組みを改善し、遺伝的介入によってそのような天然物質の構造や特性が変化する可能性があるかどうかを深く調査する予定である。この研究は、材料設計における自然の洗練さと優雅さを実証するだけでなく、新しいバイオニック材料の開発に幅広いアイデアを提供します。