Gilbert a déclaré qu'elle avait "répondu avec enthousiasme" au défi. Elle a dirigé une équipe internationale dans l'étude, recevoir des becs de poissons perroquets de collaborateurs en Polynésie française. Ses collaborateurs de l'Université technique de Nanyang à Singapour - Ali Miserez, un professeur agrégé qui étudie les matériaux biologiques aux propriétés uniques, et son groupe - ont effectué des mesures mécaniques pour l'étude. Gilbert a réalisé la plupart des études structurelles pour comprendre le fonctionnement des dents de poisson perroquet.

Marcus a été le premier auteur de cette dernière étude, dirigé par Gilbert et publié en ligne le 20 octobre dans la revue ACS Nano . Gilbert avait auparavant inclus Marcus dans l'une de ses études axées sur la nacre, la fracture-dur, revêtement irisé connu sous le nom de nacre qui tapisse l'intérieur de certaines coquilles de mollusques. La nacre a inspiré les travaux de R&D pour imiter ses propriétés de résistance à l'aide de matériaux synthétiques.

Cette étude et des études similaires se sont appuyées sur une technique connue sous le nom de cartographie PIC (contraste d'imagerie dépendant de la polarisation), que Gilbert a inventé et continue de développer à l'ALS. Dans le mappage PIC, la polarisation des rayons X est tournée pour permettre l'analyse et l'affichage de l'orientation des cristaux à l'échelle nanométrique dans la nacre et d'autres biominéraux.

« L'ALS est le premier endroit où la cartographie PIC a été effectuée, " a déclaré Gilbert. " Vous pouvez comprendre en un coup d'œil comment chaque nanocristal d'une image donnée est orienté. "

Elle a ajouté, "Si vous regardez une dent, ou un os, ou une coquille de mollusque, ou un morceau de corail, c'est super intéressant. Il vous indique comment les nanocristaux sont disposés les uns par rapport aux autres. Vous pouvez voir ces belles images qui ont l'air mieux que l'art abstrait, et apprenez comment les biominéraux se forment et fonctionnent."

Dans cette dernière étude, Gilbert, Marcus, et Miserez voulait voir comment la fine structure cristalline des dents de poisson perroquet contribue à leur incroyable force. Les chercheurs ont pu visualiser l'orientation de cristaux individuels, qui a montré leur structure tissée de manière complexe.

Fluorapatite, le minéral responsable de la structure cristalline des dents de poisson perroquet, contient du calcium, fluor, phosphoreux, et de l'oxygène.

L'étude a montré que les cristaux de fluorapatite qui donnent aux dents de poisson perroquet leur force mesurent chacun environ 100 nanomètres (milliardièmes de mètre) de large et plusieurs microns (millionièmes de mètre) de long, et sont assemblés en faisceaux entrelacés. Les faisceaux diminuent en diamètre moyen d'environ 5 microns à environ 2 microns vers la pointe de chaque dent.

Alors que l'émail des dents de nombreuses espèces animales différentes peut ressembler à celui des microscopes conventionnels, Gilbert a noté que ces images peuvent ignorer l'orientation unique des cristaux dans la structure de l'émail des dents. Et l'orientation du cristal, elle a dit, « raconte une grande histoire sur la façon dont différentes dents sont spécialisées pour différentes fonctions ».

Dans le cas du poisson perroquet, les rangées de dents en croissance continue, qui forment une structure en forme de bec qui remplace constamment les anciens, dents usées avec des dents neuves, font également partie intégrante de leur comportement alimentaire spécialisé. Seuls les chitons ont des dents plus dures que les poissons perroquets, Gilbert a dit, et aucun autre biominéral n'est plus rigide que les dents de poisson perroquet à leur extrémité mordante.

"Les dents de poisson perroquet sont les biominéraux les plus cool de tous, " dit Gilbert. " Ce sont les plus raides, parmi les plus durs, et le plus résistant à la fracture et à l'abrasion jamais mesuré." Les poissons perroquets ont environ 1, 000 dents réparties sur une quinzaine de rangées, et chaque dent est cimentée à toutes les autres et entourée d'os pour former un bec solide - dents de requin, par contre, ne sont pas interconnectés de cette manière.

Les mesures mécaniques pour l'étude, qui s'est concentré sur des échantillons de dents d'un poisson perroquet à tête raide (Chlorurus microrhinos), ont constaté que la dureté et la rigidité augmentent vers la pointe de chaque dent. Les expériences de cartographie PIC à l'ALS ont révélé qu'à mesure que la dureté et la rigidité augmentent, le diamètre des faisceaux cristallins se rétrécit.

En plus de l'étude de cartographie PIC, qui a utilisé un outil appelé Microscope Electronique à PhotoEmission (PEEM) à l'ALS, des expériences distinctes sur la SLA ont utilisé une technologie d'imagerie 3D connue sous le nom de microtomographie à rayons X et une autre méthode aux rayons X connue sous le nom de microdiffraction pour analyser davantage les orientations des cristaux et les contraintes des dents.

"La caractéristique entrelacée et les orientations cristallines sont complètement ouvertes à être explorées pour la production de matériaux synthétiques, " a déclaré Gilbert. " Le tissage est l'une des choses les plus anciennes que les gens aient appris à faire. Vous pourriez penser à tisser des cristaux, car les cristaux deviennent flexibles lorsqu'ils sont très fins."

Déjà, Gilbert a noté, il existe de nombreux efforts bien développés pour reproduire la structure de l'émail humain à l'aide de méthodes de nanofabrication.

Gilbert et Marcus ont suggéré que les futures expériences à l'ALS pourraient se concentrer sur un ensemble séparé de dents (dents pharyngées) qui décomposent davantage les morceaux de corail dans les gorges des poissons perroquets.

"Le ciel est la limite à ce stade, " dit Gilbert. " Cette première observation des propriétés mécaniques est passionnante, et maintenant beaucoup plus de travail peut être fait sur les propriétés structurelles."