蛋壳纳米结构保护小鸡并帮助它孵化

鸡蛋壳有一个棘手的工作：它必须保护正在发育的雏鸡，但最终让小鸡挣脱。其成功的秘诀在于其复杂的纳米结构 - 以及当蛋孵化时该结构如何变化。

鸡蛋壳的质量约为95%碳酸钙。但它们还含有数百种不同的蛋白质，这些蛋白质会影响碳酸钙结晶的程度。研究人员在3月30日的“ 科学进展”杂志网络版上报告说，矿物晶体和蛋白质之间的相互作用产生了一种蛋壳，这种蛋壳最初具有抗裂性，同时随着时间的推移进行纳米级调整，最终让小鸡啄出来。

研究人员使用一束离子切割鸡蛋壳中的薄切片。然后，他们用电子显微镜和其他高分辨率成像技术分析了壳。研究小组发现，蛋白质破坏了碳酸钙的结晶，因此低分辨率下看起来整齐排列的晶体实际上是一种更加零散的混乱。这种不对准可以使材料更有弹性：裂缝必须通过混乱的晶体进行锯齿和锯齿，而不是不受阻碍地扩散。

实验室测试支持这一发现：研究人员将一种称为骨桥蛋白的关键壳构建蛋白添加到碳酸钙中，以产生类似于蛋壳中所见的晶体。研究的共同作者，蒙特利尔麦吉尔大学的生物矿化研究员Marc McKee及其同事发现，这种蛋白质的存在使得碳酸钙晶体以纳米结构的形式形成，而不是光滑和均匀的晶体。

该团队还在整个蛋壳中发现了微小尺度的结构变化，尽管它只有大约三分之一毫米厚。内层具有较少的骨桥蛋白，导致更大的纳米结构。McKee说，这可能会使内壳的弹性低于外壳，这是有道理的。外壳需要足够硬以保护小鸡，而内壳需要滋养发育中的小鸡。

随着时间的推移，壳的内层通过化学反应溶解，释放出钙来构建小鸡发育中的骨骼。McKee和他的同事发现，蛋壳经历了结构变化以促进这一过程。

研究人员将受精卵孵育15天与未受精卵进行了比较。随着时间的推移，受精卵中朝向内壳的纳米结构变小，但在未受精卵中保持相同。这种变化使蛋壳内部的纹理更加粗糙，而且表面积更大。研究人员提出，这为溶解壳的化学反应提供了更多的空间。整个反应也使壳体变薄，使得雏鸡在孵化时更容易从内部突破。

康奈尔大学的材料科学家拉拉埃斯特罗夫说，成像技术的进步正在帮助科学家找到像这样的新细节。在将蛋壳的功能与细粒结构相结合时，这项新研究可为设计具有特定属性的新型材料提供灵感。

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