Los materiales sintéticos más fuertes a menudo son aquellos que imitan intencionalmente la naturaleza.
Una sustancia natural que los científicos han buscado para crear materiales sintéticos es el nácar, también conocido como nácar. Un material excepcionalmente resistente y rígido producido por algunos moluscos y que sirve como capa interna de caparazón, también comprende la capa externa deperlas, dándoles su brillo brillante.
Pero si bien las propiedades únicas del nácar lo convierten en una inspiración ideal para la creación de materiales sintéticos, la mayoría de los métodos utilizados para producir nácar artificial son complejos y requieren mucha energía.
Ahora, un biólogo de la Universidad de Rochester ha inventado un método económico y ecológico para fabricar nácar artificial utilizando un componente innovador: las bacterias. El nácar artificial creado por Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en Rochester, y sucolegas está hecho de materiales producidos biológicamente y tiene la dureza del nácar natural, a la vez que es rígido y, sorprendentemente, flexible.
El método utilizado para crear el nuevo material podría conducir a nuevas aplicaciones en medicina, ingeniería e incluso en la construcción de edificios en la luna.
IMPRESIONANTES PROPIEDADES MECÁNICAS
Las impresionantes propiedades mecánicas del nácar natural surgen de su estructura jerárquica en capas, que permite que la energía se disperse uniformemente a través del material. En un artículo publicado en la revista Small, Meyer y sus colegas describen su método de usar dos cepas de bacterias parareplicar estas capas. Cuando examinaron las muestras bajo un microscopio electrónico, la estructura creada por la bacteria fue estratificada de manera similar al nácar producido naturalmente por los moluscos.
Aunque los materiales inspirados en el nácar se han creado sintéticamente antes, los métodos utilizados para fabricarlos generalmente incluyen equipos costosos, temperaturas extremas, condiciones de alta presión y productos químicos tóxicos, dice Meyer. "Muchas personas que crean nácar artificial usan capas de polímeros que sonsolo son solubles en soluciones no acuosas, un solvente orgánico, y luego tienen este balde gigante de desechos al final del procedimiento que debe eliminarse ".
Sin embargo, para producir nácar en el laboratorio de Meyer, todo lo que los investigadores tienen que hacer es cultivar bacterias y dejar que se asiente en un lugar cálido.
DE BACTERIAS A NACRE
Para hacer el nácar artificial, Meyer y su equipo crean capas delgadas alternas de carbonato de calcio cristalizado, como cemento, y polímero pegajoso. Primero toman un portaobjetos de vidrio o plástico y lo colocan en un vaso de precipitados que contiene la bacteria Sporosarcina pasteurii , una fuente de calcio y urea en el cuerpo humano, la urea es el producto de desecho excretado por los riñones durante la micción. Esta combinación desencadena la cristalización del carbonato de calcio. Para formar la capa de polímero, colocan el portaobjetos en una soluciónde las bacterias Bacillus licheniformis , luego deje que el vaso se asiente en una incubadora.
En este momento, se tarda aproximadamente un día en formar una capa, de aproximadamente cinco micrómetros de espesor, de carbonato de calcio y polímero. Meyer y su equipo actualmente están buscando recubrir otros materiales como el metal con el nácar, y "estamos probando nuevostécnicas para hacer que los materiales más gruesos, como el nácar, sean más rápidos y ese podría ser todo el material en sí mismo ", dice Meyer.
EDIFICIO DE CASAS EN LA LUNA
Una de las características más beneficiosas del nácar producido en el laboratorio de Meyer es que es biocompatible, está hecho de materiales que produce el cuerpo humano o que los humanos pueden comer naturalmente de todos modos. Esto hace que el nácar sea ideal para aplicaciones médicas como huesos artificiales e implantes, Meyer dice: "Si se rompe el brazo, por ejemplo, podría colocar un alfiler de metal que debe ser retirado con una segunda cirugía después de que su hueso sane. Un alfiler hecho de nuestro material sería rígido y duro, pero ustedno tendría que eliminarlo "
Y, aunque el material es más resistente y rígido que la mayoría de los plásticos, es muy liviano, una calidad que es especialmente valiosa para vehículos de transporte como aviones, botes o cohetes, donde cada libra extra significa combustible extra. Debido a la producción de bacteriasel nácar no requiere ningún instrumento complejo, y el recubrimiento de nácar protege contra la degradación química y la intemperie, es prometedor para aplicaciones de ingeniería civil como prevención de grietas, recubrimientos protectores para el control de la erosión o para la conservación de artefactos culturales, y podría ser útil en elindustria alimentaria, como material de embalaje sostenible.
El nácar también podría ser un material ideal para construir casas en la luna y otros planetas: los únicos "ingredientes" necesarios serían un astronauta y un pequeño tubo de bacterias, dice Meyer. "La luna tiene una gran cantidad de calcio enel polvo de la luna, entonces el calcio ya está allí. El astronauta trae las bacterias, y el astronauta produce la urea, que es la única otra cosa que necesitas para comenzar a formar capas de carbonato de calcio ".
Incluso más allá de sus cualidades como material estructural ideal, el nácar en sí mismo, como sabe cualquier propietario de joyería de perlas, es "muy hermoso", dice Meyer, debido a sus capas apiladas. Cada capa apilada tiene aproximadamente la misma longitud de onda que la luz visibleCuando la luz toca el nácar, "las longitudes de onda de la luz interactúan con estas capas de la misma altura, por lo que rebota en la misma longitud de onda que la luz visible". Mientras que el nácar bacteriano no interactúa con la luz visible porque las capas son más gruesas quenácar natural, podría interactuar con las longitudes de onda infrarrojas y rebotar en el infrarrojo, dice Meyer, que "puede ofrecer propiedades ópticas únicas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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