Pistacchi e noci come le noci più dure da frantumare | scienze

Rappresentazione artistica di un puzzle tridimensionale a forma di celle ad incastro di noci (a sinistra) e gusci di pistacchio (a destra).

Sebastian J

Scritto da Krista Lissere

Come chiunque ami la frutta secca, Notburga Gierlinger è sempre frustrata dai due o tre pistacchi non schiacciati che finiscono inevitabilmente in fondo al sacchetto. I gusci di pistacchio sono difficili da rompere, “Ho sempre paura di rompermi i denti!” afferma Gerlinger, biofisico presso l’Università delle risorse naturali e delle scienze della vita, Vienna. Ora lei e i suoi colleghi hanno scoperto perché i proiettili sono così potenti. Le noci di velluto sono racchiuse in una microstruttura “geniale” di cellule ad incastro così strettamente che non si arrendono mai l’una sull’altra. Il materiale è abbastanza resistente da poter essere utilizzato un giorno per oggetti che assorbono gli urti come i caschi di sicurezza.

“Questi tessuti soddisfano uno scopo sacro nella scienza dei materiali”, afferma Naomi Nakayama, un ingegnere di bioingegneria presso l’Imperial College di Londra che non è stato coinvolto nel nuovo lavoro. I materiali duri come il vetro tendono ad essere fragili e si rompono relativamente facilmente, afferma, mentre i materiali più rigidi tendono ad essere flessibili, come ragnatele. “Ma questo [shells] Tenacia e tenacia insieme. “

Per scoprire cosa rende le noci così difficili da rompere, Gierlinger e i suoi colleghi hanno trascorso anni ad esplorare la biomeccanica di pinoli, pistacchi e noci, tra le altre cose. Due anni fa hanno scoperto il segreto della durezza del guscio di noce: è costituito da Cellule puzzle 3D con lobi ad incastro. L’anno scorso, hanno scoperto che le cellule dei gusci di pistacchio contenevano anche quelle. Mentre la maggior parte dei gusci di corteccia contiene diversi tipi di cellule, Noci e pistacchi hanno un solo tipo.

Per scoprire quanto siano potenti queste cellule, il team di Gerlinger ha condotto un nuovo esperimento utilizzando apparecchiature all’avanguardia. Hanno esaminato frammenti rotti di gusci di noci e pistacchi su scala nanometrica utilizzando uno scanner per tomografia computerizzata (TC), elettroni e forza atomica e microscopi a infrarossi – un “negozio di caramelle per la scienza dei materiali” di attrezzature, afferma Nakayama.

Gerlinger e colleghi hanno scoperto che le cellule sinaptiche nei gusci dei pistacchi, come quelle nei gusci delle noci, si legano a 14 cellule adiacenti. Le cellule in entrambi gli involucri hanno anche pareti cellulari rigide riempite con spirali di microfibrille. Ma il test di resistenza alla trazione ha mostrato che il materiale del guscio di pistacchio è molto più forte, probabilmente perché le sue cellule contengono tre volte il numero di lobi delle cellule di noce. Questo dà loro 30% in più di superficie per bloccarsi a vicenda, i ricercatori riferiscono oggi in Royal Society of Open Science. A differenza delle cellule della noce, le cellule del pistacchio sono collegate tramite strutture articolate sferiche, simili alle articolazioni dell’anca umana, come si vede nell’animazione 3D (sotto). Questo rende i pistacchi “un maestro nell’intreccio geometrico delle cellule”, afferma Gerlender.

Quando i ricercatori hanno esaminato i bordi dei gusci rotti sotto i loro microscopi, hanno visto che molte delle cellule delle noci si erano staccate dalle cellule vicine, con le pareti cellulari che sporgevano come sporgenze circolari sopra i cubi Lego. Al contrario, gli alveari di pistacchi hanno combattuto una battaglia molto più grande. La maggior parte di loro non era separata dai vicini. Invece, dividere il materiale del guscio di pistacchio richiedeva di affettare le singole cellule, comprese le loro pareti dure e a spirale.

Il biofisico della Cornell University Karl Niklas, che non è stato coinvolto nello studio, afferma di essere rimasto sorpreso dai diversi modi in cui i gusci di noci e pistacchi hanno risposto alle forze meccaniche a diversi livelli all’interno delle strutture del guscio. Le sue proprietà possono renderlo ideale per creare ammortizzatori come caschi di sicurezza e paraurti per auto. Questo perché possono prendere l’energia della collisione e, attraverso la flessione o l’allungamento piuttosto che la rifrazione, reindirizzarla lontano dall’oggetto da proteggere. “Hai mai provato a rompere il guscio di un pistacchio con un martello?” Lui dice. “Sì, non è facile!”

Per Gierlinger, lo studio fornisce anche una lezione preziosa: se stai usando i denti per rompere quel pistacchio non aperto, prendi di mira l’unico punto debole: la cucitura. O meglio ancora, usa uno schiaccianoci.

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