Wie könnte ein Lebewesen „Bio“-Aerogel produzieren?

Aerogele werden üblicherweise hergestellt, indem das Wasser aus einem Gel entfernt wird, wodurch eine poröse Matrix zurückbleibt, die einmal in dem Gel vorhanden war.

Die größte Ähnlichkeit mit einem Aerogel in Lebewesen, die ich mir vorstellen kann, ist Kork. Kork ist die Rinde einiger Bäume, die diese Art von Rinde entwickelt haben, um, raten Sie mal, Schutz vor Feuer zu erhalten.

Das Haupthindernis, dem Sie begegnen werden, besteht darin, dass sowohl bei Kork als auch bei Schwämmen die Größe der "Löcher", die Sie in der Matrix hinterlassen können, von der Größe der Zelle/des Organismus bestimmt wird, der sie produziert. Um kleiner zu werden, bräuchte man einen Trick.

Einer dieser Tricks wäre, die Zelle eine interne Proteinstruktur aufbauen zu lassen, die nicht wasserlöslich ist, und dann zu sterben. Die nach der Zelle verbleibende Struktur würde sich mit der der Nachbarn summieren und die sehr feine Struktur eines Aerogels erzeugen.

Zunächst einmal, was ist ein Aerogel.

Ein Gel ist größtenteils flüssig mit einigen verdünnten verbundenen Feststoffen, die es zusammenhalten. Die Biologie produziert viele Gele (Schleim, Augenglaskörper, Knorpel, Sehnen und Blutgerinnsel), also kein Problem.

Aerogelpassiert, wenn die Flüssigkeit in einem Gel so entfernt wird, dass der diffus vernetzte Feststoff zurückbleibt. Das ist der schwierige Teil. Normales Trocknen funktioniert nicht, da die Verdunstung an den Rändern eines Gels stattfindet und einen Flüssigkeitsfluss erzeugt, der die empfindlichen Verbindungen von Feststoffen zerstört und sie schrumpfen und zerbröckeln lässt. Um Aerogel zu erhalten, muss die Flüssigkeit das Gel gleichzeitig als Gas im gesamten Gel verlassen, um die verbleibende feste Matrix nicht zu beschädigen. Dies beinhaltet normalerweise eine präzise Änderung des Drucks und der Temperatur der Materialien, um den überkritischen Punkt zu erreichen, an dem es keinen Unterschied zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas gibt und somit keine Verdampfungs-Flüssig-Gas-Grenze. Ersetzen Sie dann das Flüssigkeits-/Gasbindemittel durch ein anderes Gas und verringern Sie den Druck. Diese Reaktion tritt in der Regel bei ziemlich hohen Drücken auf,

Aber warte, du hast einen DRACHEN gesagt! Die normale Biologie wird wahrscheinlich nicht den notwendigen Druck erzeugen, aber Feuer kann es! Wenn die Feuerzündmethode Ihres Drachen intern ist, könnte dies wahrscheinlich einen Hochdruckbereich in dieser Feuerdrüse / Öffnung / Blase / was auch immer erzeugen. Und es wäre wahrscheinlich mit einem Schleimgel überzogen. Es könnte dann theoretisch (bei einer bestimmten Schleimchemie) unter Verwendung der Temperatur und des Drucks der Flamme eine dünne Aerogelschicht aus dem Schleim erzeugen. Wenn diese Aerogelschicht beibehalten und im Laufe der Zeit aufgebaut wurde, könnte sie mit einer sehr festen feuerbeständigen Art von Narbengewebe vergleichbar sein, das sich durch wiederholtes Atmen von Feuer aufbaut.

Diese Art der Ansammlung von Aerogel würde bedeuten, dass junge Drachen weniger in der Lage wären, ohne Verletzungen Feuer zu spucken, aber ältere Drachen hätten eine schöne Aerogel-Auskleidung entwickelt, die es ihnen ermöglicht, ungestraft zu verbrennen.

Ich werde mit direkter Extrusion gehen . Grundsätzlich möchten Sie das gesamte Aerogel mithilfe spezialisierter Proteinkanäle in der Zellmembran als Extruder in 3D drucken. Das Kollabieren des Gels wird durch seine elektrische Ladung verhindert, die die äußeren Stränge des Gels von der äquivalent geladenen äußeren Schicht der Zellmembran abstößt. Die innere Schicht ist entgegengesetzt geladen, aber die Zelle zahlt die Energiekosten am Kanal, um diese Ladungen auseinander zu drücken.

Die Zellen, die Aerogel absondern, grenzen an einen sehr trockenen Raum, aber sie haben gut erhaltene Lipidmembranen. In diesen Membranen befinden sich Kanäle, durch die Fasern bewegt werden können. Die Fasern werden im Zytosol zusammengesetzt und sind so haltbar wie möglich. Normalerweise wird das Aerogel einfach durch myosinähnliche Motoren mit der gleichen Geschwindigkeit nach außen bewegt, mit der es produziert wird. Das Aerogel muss jedoch vernetzt werden, sodass die Zelle hin und wieder beginnt, eine Charge neuer Fasern durch zuvor ungenutzte Kanäle zu extrudieren. Diese Kanäle beginnen jeweils mit einem bestehenden Kanal verbunden, und die Fasern werden zu Beginn an einer Dreiwegeverbindung fest vernetzt. Aber dann trennen sich die Kanäle, verbleiben in der Membran, und die Hälften werden vom Zytoskelett bewegt. Nach kurzer Zeit treffen sie auf einen anderen Kanal und spleißen ihre Fasern zusammen,