lunes, agosto 15, 2022

El material más resistente conocido por la naturaleza inspira una alternativa biodegradable al kevlar

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La naturaleza es capaz de producir materiales de increíble resistencia, siendo la seda de araña uno de los ejemplos más célebres. En 2015, un grupo de científicos hizo un descubrimiento revolucionario en este campo, demostrando que las lapas tienen la mayor resistencia a la tracción de cualquier material biológico.

Inspirándose en ellas, se ha producido un biomaterial compuesto con una resistencia extrema, que podría proporcionar una alternativa más sostenible a los materiales de alto rendimiento como el Kevlar.

Las lapas son caracoles acuáticos con conchas en forma de sombrero que se adhieren muy bien a las rocas de la costa. Parte de este estilo de vida costero consiste en raspar con sus dientes las superficies escarpadas para recoger algas con las que alimentarse, y ahí radica el secreto de la incomparable resistencia a la tracción de estas criaturas.

En 2015, investigadores de la Universidad de Portsmouth utilizaron un microscopio atómico para estudiar el material de los dientes de las lapas y analizarlo a nivel atómico. El trabajo reveló que los dientes de lapa tienen una resistencia a la tracción de 3 a 6,5 gigapascales (GPa). Por ejemplo, la seda de araña tiene una resistencia a la tracción de 1,3 GPa y el acero de 1,65 GPa. Los científicos creen que la razón de la increíble resistencia a la tracción del diente de lapa es una densa red de fibras de quitina con finos cristales de geotina que contienen hierro repartidos por toda la superficie.

El equipo ha creado ahora un sistema que permite formar estructuras similares en el laboratorio que comienza con un vidrio recubierto de suero y la quitina y el óxido de hierro depositados encima. En dos semanas, éstas se autoorganizan en el órgano responsable de la formación de los dientes de las lapas, llamado rádula. Utilizando una combinación de células aisladas de la rádula, muestras de tejido, quitina mineralizada y una técnica llamada electrospinning, los científicos fueron capaces de hacer crecer cintas de dientes de lapa biomiméticos de medio centímetro de ancho.

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“Pasé seis meses preparando este proceso. Pasé por todas las permutaciones que se me ocurrieron sobre lo que podrían necesitar las células y cómo crecerían. Es muy diferente a cultivar bacterias o células cancerosas, que suelen crecer en un entorno de laboratorio, así que tuvimos que averiguar desde cero lo que podría funcionar”, dice el Dr. Robin Rumney, autor principal de la investigación.

El nuevo biomaterial compuesto de extrema resistencia podría llegar a ocupar un lugar importante en el ámbito de los materiales sintéticos. Si el equipo consigue ampliar el proceso, podría ofrecer una alternativa más sostenible a materiales como el kevlar y el plástico, cuya producción requiere muchos recursos y no es tan fácil de reciclar.

“Los compuestos totalmente sintéticos, como el kevlar, se utilizan mucho, pero los procesos de fabricación pueden ser tóxicos y los materiales difíciles y caros de reciclar. Aquí tenemos un material que potencialmente es mucho más sostenible en cuanto a su origen y fabricación, y que al final de su vida útil puede biodegradarse”, agrega Rumney.

Los investigadores se están centrando ahora en optimizar el proceso y ampliarlo para producir los dientes de lapa sintéticos a la escala necesaria para su fabricación en masa.

Nuestro siguiente paso es encontrar otras formas de conseguir que se produzca la formación de hierro, por lo que estamos estudiando las secreciones de las células de la lapa para entenderlo mejor. Si funciona muy bien, ya tenemos las lecturas de los genes del órgano, así que podemos sacar los genes de interés y, con suerte, ponerlos en bacterias o levaduras para cultivarlos a escala. Obviamente, ahora mismo tenemos una crisis de plásticos en los océanos, y creo que es una bonita solución que podamos aprender de una criatura marina cómo protegerlos mejor sustituyendo el uso de plásticos por un sustituto biológico.

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