比鋼更硬！石鱉牙齒揭開奈米材料新時代

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石鱉的牙齒，或許才是大自然的「終極咬合利器」。加州大學爾灣分校（UC Irvine）與日本岡山、東邦大學團隊，首次揭開這種潮間帶軟體動物打造超級牙齒的祕密。石鱉靠牙齒在岩石上刮食藻類，它們的牙不僅比人類琺瑯質硬，還勝過高碳鋼、不鏽鋼，甚至是高溫燒製的先進陶瓷，而且全程在室溫、奈米等級精度下完成，讓科學家驚嘆這是天然的材料工程奇蹟。研究成果已刊登於《Science》。

關鍵在於一種名為 RTMP1 的石鱉專屬鐵結合蛋白。這些蛋白透過細如奈米管的「微絨毛」送進新牙齒，像精密工匠一樣，在正確的時間與位置「嵌入」牙齒骨架。骨架由幾丁質奈米纖維構成，為磁鐵礦奈米棒的成形打好基礎；同時，牙齒外的鐵蛋白釋放鐵離子，與 RTMP1 結合沉積成氧化鐵，最終長成整齊排列的磁鐵礦奈米棒，賦予牙齒驚人的耐磨與韌性。


蛋白質RTMP1編織「幾丁質骨架」，再層層鋪上鐵氧化物



圖示展示了石鱉牙齒中氧化鐵形成的過程，由蛋白質 RTMP1 精準控制。
石鱉在長牙的過程分成四步：
鋪底層：位於齒舌的上皮細胞分泌 RTMP1，附著在牙尖內側的幾丁質纖維上。
灑鐵粉：鐵蛋白釋放鐵離子，與 RTMP1 結合，沉積成第一層氧化鐵（鐵水合氧化物）。
分層堆疊：RTMP1 持續分泌並向後延伸，與新釋放的鐵離子反應，層層加厚牙齒的鐵質結構。
變超硬：隨著牙齒成熟，先前沉積的鐵氧化物結晶化成磁鐵礦，讓牙齒硬度超過鋼鐵。
圖／《科學》


全球逾 900 種石鱉，大多住在潮間帶岩石縫，本次研究樣本來自美國西北沿海與日本北海道的大型品種。分析顯示，RTMP1 在不同地區的石鱉中都存在，顯示這套鐵氧化物沉積方法可能是生物界的「趨同設計」。更厲害的是，石鱉每隔幾天就換一套新牙，讓科學家得以反覆觀察這種精準礦化過程，並將靈感延伸到電池、燃料電池觸媒、半導體等新材料研發。

研究團隊結合高解析電子顯微鏡、X 光分析、光譜學，與免疫螢光、基因追蹤、RNA 干擾等生物技術，完整揭露這套「牙齒工廠」的運作細節。科學家形容，石鱉的製造方式環保、精準又高效，不僅可能改寫 3D 列印、人工牙植體、切削與防護塗層的製程，更為永續先進製造開啟全新藍圖。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/technology/20250811_01/