Las biopelículas generalmente se consideran un problema que debe ser erradicado debido a los peligros que representan para los humanos y los materiales. Sin embargo, estas comunidades de algas, hongos o bacterias poseen propiedades interesantes tanto desde un punto de vista científico como técnico. Un equipo delLa Universidad Técnica de Múnich TUM describe procesos del campo de la biología que utilizan biopelículas como 'trabajadores de la construcción' para crear plantillas estructurales para nuevos materiales que poseen las propiedades de los materiales naturales. En el pasado, esto solo era posible hasta cierto punto.
Ya sea madera, hueso, nácar o dientes: durante millones de años, estos materiales se han optimizado a través de la evolución de acuerdo con el principio de estabilidad adaptada con el menor peso posible. La naturaleza ha proporcionado los planos para muchas técnicasLos ejemplos incluyen alas de avión, cremalleras y selladores de superficie utilizando un efecto de loto. Sin embargo, las réplicas de ingeniería inversa no pueden reproducir la complejidad estructural de la naturaleza original.
"En la naturaleza, encontramos muchos materiales con propiedades que los materiales artificiales no pueden replicar exactamente de la misma manera", dijo el profesor Cordt Zollfrank, quien realiza una investigación sobre principios básicos para el desarrollo de nuevos materiales junto con su equipo en la Cátedrade polímeros biogénicos en el campus de TUM Straubing para biotecnología y sostenibilidad.
Los problemas más grandes al nivel más pequeño
Como interfaz entre la biología y la tecnología, la biónica utiliza métodos y sistemas que se encuentran en la naturaleza para proporcionar soluciones a problemas técnicos. Cuando todavía se limitaba a usar formas naturales, por ejemplo, como plantillas para el desarrollo en el diseño de alas de avión o cascos de barcos,los problemas se mantuvieron manejables. Sin embargo, imitar las propiedades materiales de los materiales de construcción naturales es una historia completamente diferente. Esto se debe a que se encuentran en las estructuras internas, donde las fibras están unidas entre sí en varios órdenes de magnitud y en varios niveles jerárquicos.
"Por lo general, las principales fuentes de propiedades del material mecánico, como la elasticidad, la resistencia y la tenacidad se encuentran en el nivel más pequeño de estas jerarquías, especialmente a escala nanométrica", explicó el Dr. Daniel Van Opdenbosch, líder del equipo en la silla de Zollfranky uno de los autores del artículo, que describe el problema principal al intentar traducirlos a soluciones técnicas. Sin embargo, cuando los microorganismos mismos o sus secreciones crean el material, las redes complejas técnicamente sofisticadas ya se forman por completo.
El futuro de Bionics
en un artículo para la revista Materiales avanzados , los investigadores de TUM presentan una serie de procedimientos del campo de la biología que utilizan luz, calor, sustratos especialmente preparados y otros estímulos para guiar la dirección del movimiento de los microorganismos a lo largo de caminos muy específicos ". Estos hallazgos biológicos para controlar microbiosa través de estímulos dirigidos dará forma al futuro de la investigación de materiales ", dijo el profesor Cordt Zollfrank. Esto se debe a que permiten crear plantillas a medida para nuevos materiales con estructuras naturales de los propios microbios o sus secreciones." Con nuestro artículo, nosotrosqueremos mostrar la dirección que este viaje nos llevará en el campo de la ciencia de los materiales con inspiración biológica ", dijo el profesor.
Modelado sin contacto
Daniel Van Opdenbosch y su grupo ya están utilizando con éxito algunos de estos métodos en Straubing. Como parte del proyecto Reinhart Koselleck de la Fundación Alemana de Investigación DFG, los investigadores están aprovechando las propiedades especiales de las algas rojas, cuya direcciónEl movimiento depende de la exposición a la luz y de la secreción de cadenas de las moléculas de azúcar. Al proyectar patrones de luz que cambian con el tiempo en el medio de crecimiento de las algas, los investigadores los utilizan para crear hilos de polímeros largos y finos, que sirven como plantillas personalizadas paraLa fabricación de cerámica funcional.
Con la ayuda de las algas, se puede crear cualquier cantidad de plantillas para una amplia variedad de aplicaciones, desde electrodos de batería hasta nuevas tecnologías de pantallas y pantallas y aplicaciones en medicina, como el reemplazo de huesos y tejidos. Aunque la capacidad de crecermicroestructuras complejas como componentes completos y otros materiales estructurados jerárquicamente aún están muy lejos en el futuro, pronto podrían convertirse en una realidad tangible gracias a la investigación básica realizada por los investigadores de Straubing.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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