耐衝撃性の生物装甲のフィブリラー方向における3次元勾配を発見する

生物学的および合成繊維性ナノコンポジットの複雑な階層構造は、回折データからの結晶学のテクスチャの解釈にかなりの困難を伴います。ここでは、そのようなシステムで繊維の3D分布を取得するための新しい再構築方法を提示します。分析的式は、繊維の回折強度に対して導き出され、3次元繊維配向分布の角度の観点から方向強度分布を説明します。気孔子脚のテルソン（マンティスエビ）は、耐衝撃性の高い特性が、アルファキチンナノフィブリルの階層組織から繊維とツイストプライウッド（ブーリガンド）構造からサブミクロンおよびミクロンスケールで生じると考えられる自然の生物学的鎧の例として機能します。。SynchrotronマイクロフォーカススキャンX線回折データは、気孔前脚類テルソンのテストケースとして使用され、組織切片全体に3Dファイバーの向きをマッピングしました。この方法は、サブミクロンおよびミクロンの長さのスケールで等級付けされた3Dファイバーテクスチャを備えた生物学的および生体模倣構造の範囲に適用できます。

The complex hierarchical structure in biological and synthetic fibrous nanocomposites entails considerable difficulties in the interpretation of the crystallographic texture from diffraction data. Here, we present a novel reconstruction method to obtain the 3D distribution of fibres in such systems. An analytical expression is derived for the diffraction intensity from fibres, explaining the azimuthal intensity distribution in terms of the angles of the three dimensional fibre orientation distributions. The telson of stomatopod (mantis shrimp) serves as an example of natural biological armour whose high impact resistance property is believed to arise from the hierarchical organization of alpha chitin nanofibrils into fibres and twisted plywood (Bouligand) structures at the sub-micron and micron scale. Synchrotron microfocus scanning X-ray diffraction data on stomatopod telson were used as a test case to map the 3D fibre orientation across the entire tissue section. The method is applicable to a range of biological and biomimetic structures with graded 3D fibre texture at the sub-micron and micron length scales.