Китайські вчені описали метод отримання штучного перламутру, що не відрізняється від натурального. Технологія може використовуватися і для синтезу інших складних метаматеріалів, що поєднують полімерні та мінеральні компоненти. Про це автори пишуть у статті, опублікованій журналом.
Перламутр - природний композитний матеріал складної структури, який деякі види молюсків відкладають на внутрішній стінці мушлі. Він утворюється орторомбічними кристалами карбонату кальцію - арагоніту. Шестигранні пластини цього мінералу діаметром близько 10-20 мкм і товщиною близько 5 мкм укладаються паралельними перекриваються шарами, які прокладені білковими і полісахаридними біополімерами, включаючи хітин і фіброїн.
Таке поєднання надає перламутру ряд цінних характеристик, які досить цікаві для практичного застосування: міцність, еластичність, стійкість до утворення тріщин. Існують різні підходи до отримання штучного перламутру: і за рахунок післяйного нарощування, і самозбірки, і «литтям наморожуванням» (Freeze-casting). Однак Шу-Хун Юй (Shu-Hong Yu) і його колеги з Науково-технічного університету Китаю відзначають, жодна з цих складних технологій не дає матеріал, здатний зрівнятися з натуральним перламутром, і «не використовує стратегію, яку застосовують живі організми».
Першу успішну спробу отримати перламутр, зімітувавши природний процес мінералізації, зробили кембриджські дослідники ще в 2012 році. Вчені тонким шаром осаджували біополімери на поверхні скляної підкладки, формували в них пористу структуру, а потім занурювали в розчин, що містив нові полімери, а також солі кальцію і магнію в тих кількостях, які вони є в натуральному перламутрі. Процес повторювався раз за разом для нарощування нових шарів, поки не були отримані якісні зразки штучного перламутру, «ідентичного натуральному».
Китайські вчені на чолі з Шу-Хун Юєм спростили цей підхід, заснований на мінералізації шарів полімерного матриксу. Використовуючи наморожування - анізотропне формування кристалів при охолодженні розчину хітозана, автори отримали шаровисту структуру, яка під впливом оцтової кислоти ацетилювалася з утворенням стабільного хітинового матриксу. Крізь нього прокачували розчин бікарбонату кальцію в присутності магнію, який осаджувався мінеральними шарами між шарами хітина. Нарешті, в матеріал вносили білкові полімери фіброїну і спресовували.
Вивчивши метаматеріал, вчені підтвердили його близькість до натурального перламутру на різних рівнях структури. Карбонат кальцію утворив кристали арагоніту кілька більших розмірів, ніж у натурального, що зробило перламутр трохи менш твердим. Однак загалом такий матеріал зберіг усі корисні властивості перламутру, включаючи привабливий вид і стійкість до зростання мікротріщин.
Поки що перламутр використовується майже виключно як ювелірний та оздоблювальний матеріал, однак якщо вдасться налагодити його недороге промислове виробництво, яскравий і міцний матеріал може знайти куди більш широке застосування. Крім того, автори відзначають, що такий підхід може бути використаний і для отримання інших метаматеріалів, в яких впорядковано чергуються шари твердих мінеральних і пружних полімерних компонентів.