La tecnología para la formación y conformación de vidrio requiere tratamiento térmico a altas temperaturas de aproximadamente 1000 o C. Así que durante mucho tiempo ha sido un misterio cómo es que ciertos organismos marinos pueden formar arquitecturas de vidrio llamadas espículas en agua fría.
Ahora, un artículo publicado recientemente en Avances científicos por el profesor Emil Zolotoyabko, del Instituto de Tecnología Technion-Israel, y colegas en Alemania, encabezados por el Dr. Igor Zlotnikov de TU Dresden, está ayudando a desentrañar ese misterio. Utilizando los métodos de rayos X más avanzados, la nano-tomografíay la difracción de rayos X enfocada, disponible en el Centro Europeo de Radiación Sincrotrón ESRF, Grenoble, Francia, el grupo descubrió los principios de la morfogénesis espicular en ciertos tipos de esponjas marinas.
Las esponjas marinas son uno de los organismos multicelulares más antiguos, con un registro fósil que se remonta a más de medio billón de años. Demospongiae y Hexactinellida , dos clases de esponjas, sintetizan elementos esqueléticos a base de sílice mineralizados, llamados espículas de vidrio, que proporcionan a los animales soporte estructural y resistencia mecánica y ayudan a protegerlos de su entorno. Las espículas tienen una longitud de micras a milímetros y exhiben una diversidad demorfologías tridimensionales ramificadas altamente regulares que son un ejemplo de simetría en sistemas biológicos.
Durante la formación de la espícula, el proceso de deposición de sílice se basa en un filamento orgánico axial. El filamento, de hasta 3 mm de diámetro, está compuesto predominantemente por proteínas enzimáticamente activas, sílice y sus derivados, que catalizan la bio-fabricación de sílice,El proceso está controlado genéticamente por células especializadas, llamadas esclerocitos.
Según los investigadores, el hallazgo más intrigante es que los bloques de proteínas en el filamento axial están dispuestos en una estructura tridimensional similar a un cristal con simetría hexagonal. Los poros dentro de esta estructura están llenos de sílice amorfa. Esta disposición espacial altamente regularde bloques amorfos nanométricos da lugar a puntos muy agudos en el patrón de difracción de rayos X, que brindan información completa sobre la simetría de la espícula y el proceso de ramificación.
Por ejemplo, los investigadores encontraron que el eje principal de la espícula crece perpendicular al plano hexagonal base de la red de proteínas. En algún momento, se produce la ramificación del eje, dirigida por planos piramidales inclinados aproximadamente 66 o con respecto al plano hexagonal. De esa manera, la forma de tetrápodos de la espícula se produce guiada por las propiedades de simetría de los cristales de proteínas en el filamento axial. Las divisiones adicionales también están determinadas por planos particulares en la red hexagonal.
"Al usar el filamento axial cristalino, la naturaleza ha dominado la fabricación de estructuras de vidrio extremadamente complejas a bajas temperaturas que está mucho más allá de las capacidades de la tecnología humana actual", dice el profesor Zolotoyabko. "Más comprensión de cómo los organismos regulan la ramificaciónlos eventos en los filamentos tienen el potencial de ser adoptados en la producción de materiales nanocristalinos tecnológicamente relevantes de formas complicadas para la nanoelectrónica. Imitar recetas naturales en el laboratorio nos permitirá desarrollar una nueva tecnología de vidrio que funcione a temperatura ambiente ".
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Materiales proporcionado por Sociedad Americana de Tecnología . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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