據外媒報導，美國西北大學的研究人員首次發現了一種隱藏在石鱉牙齒中的罕見礦物，石鱉是一種在岩石海岸線上發現的大型軟體動物。在這個奇怪的驚喜之前，這種被稱為聖巴雷特（santabarbaraite，又稱為羥水磷鐵石）的鐵礦物只在岩石中被記錄過。

這項新發現有助於理解整個石鱉的牙齒–不僅僅是超硬、耐用的尖牙–是如何被設計成能夠忍受咀嚼岩石來覓食的。基於在石鱉牙齒中發現的礦物質，研究人員開發了一種生物啟發墨水，用於3D打印超硬、堅硬和耐用的材料。

該研究的資深作者、西北大學的Derk Joester說：“這種礦物只在地質標本中被觀察到過，數量非常少，以前從未在生物環境中出現過。它有很高的含水量，這使得它在低密度的情況下很堅固。我們認為這可能會在不增加大量重量的情況下使牙齒變硬。”

這項研究將於本週發表在《美國國家科學院院刊》上。

作為自然界中已知的最堅硬的材料之一，石鱉的牙齒附著在柔軟、靈活、像舌頭一樣的齒舌上，齒舌刮過岩石來收集藻類和其他食物。在長期研究石鱉牙齒之後，Joester和他的團隊最近轉向了Cryptochiton stelleri，一種巨大的、紅棕色石鱉，有時被親切地稱為“流浪的肉捲”。

為了檢查Cryptochiton stelleri的牙齒，Joester的團隊與阿貢國家實驗室高級光子源的高級科學家Ercan Alp合作，使用該設施的同步輻射莫斯鮑爾光譜，並與Paul Smeets合作，在西北大學原子和納米尺度特徵和實驗（NUANCE）中心使用透射電子顯微鏡。他們發現聖巴雷特分散在石鱉的上齒中，這是一個長而空的​​結構，將牙齒的頭部和靈活的齒舌膜連接起來。

Joester說：“上齒就像人類的牙根，它將我們的牙尖與我們的下顎連接起來。這是一種堅韌的材料，由生物大分子構成的纖維基質中極小的納米顆粒組成，類似於我們體內的骨骼。”

Joester的小組挑戰自己，在為3D打印設計的墨水中重新創造這種材料。Stegbauer開發了一種由鐵和磷酸鹽離子組成的反應性墨水，並將其混合到從甲殼素中提取的生物聚合物中。與Mark Hersam實驗室的西北大學研究生Shay Wallace一起，Stegbauer發現這種墨水在打印前立即混合時打印效果很好。

“隨著納米顆粒在生物聚合物中的形成，它變得更加強大和粘稠。然後這種混合物可以很容易地用於印刷。隨後在空氣中的干燥導致了最終材料的堅硬和僵硬，” Joester說。

Joester認為，我們可以繼續從石鱉的上齒中學習和開發材料，它將超硬的牙齒連接到柔軟的根部。他說：”我們對石鱉著迷了很久。機械結構的好壞取決於其最薄弱的環節，因此了解石鱉如何解決怎樣將其超硬的牙齒連接到柔軟的底層結構這一工程問題是很有趣的。這仍然是現代製造業的一個重大挑戰，所以我們期待像石鱉這樣的生物體來了解這在自然界是如何完成的，它有幾億年的準備時間來發展。”