Biologische Materialien weisen dank ausgefeilter Mikrostrukturen außergewöhnliche Eigenschaften sowie einzigartige Eigenschaftskombinationen auf. Sie sind damit besonders interessant für die Entwicklung neuer Technologien, die auf der Nachahmung solcher Strukturen basieren. Die Zähne der Napfschnecke erlangen ihre starke Widerstandsfähigkeit durch einen speziellen Aufbau.

Ultrahohe Festigkeit

Um sich zu ernähren, kratzt die unter Wasser lebende Schnecke mit ihren Zähnen Algen von Steinen. Der mit dem Stein in Kontakt kommende Zahnteil besitzt eine Mikrostruktur, die nicht nur eine ultrahohe Festigkeit mit hoher Steifigkeit aufweist, sondern darüber hinaus auch noch auxetisch ist. „Das bedeutet, dass sich die im Zahnmaterial enthaltenden verstärkenden Nanostäbchen bei einer Streckung zusätzlich auch quer zur Streckrichtung ausdehnen“, erklärt Prof. Bargmann. Gemeinsam mit ihren Kolleg*innen fand sie heraus, dass die Mikrostruktur der Zähne aus mineralischen Nanofasern besteht, die so eingebettet sind, dass sie einen speziellen keramikfaserverstärkten Verbundwerkstoff bilden. Obwohl sie dieselbe Funktion wie andere Zähne haben, unterscheiden sich die der Napfschnecke nicht nur im Material, sondern auch in der Mikrostruktur erheblich von anderen Zahnstrukturen.

Nach der Veröffentlichung eines Artikels über die Materialeigenschaften der Zähne der Napfschnecke in der internationalen Fachzeitschrift „Science Advances“ wurden für die weitere Forschung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft nun Gelder in Höhe von 345.000 Euro bewilligt. In dem Anschlussprojekt werden die außergewöhnlichen Materialeigenschaften mithilfe von Simulationen näher untersucht. Zudem wollen die Forschenden darauf aufbauend computergestützt neuartige Stoffe gestalten, die auf der Nachahmung der Materialeigenschaften der Napfschneckenzähne beruhen.