Crean madreperla artificial utilizando bacterias

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madreperla

Tiene la dureza del nácar natural, a la vez que es rígido y flexible

Podría ser un material ideal para construir casas en la Luna y otros planetas

A menudo, los materiales sintéticos más fuertes son aquellos que imitan intencionalmente la naturaleza.

Una sustancia natural que los científicos han buscado para la creación de materiales sintéticos es el nácar, también conocido como madreperla. Un material excepcionalmente duro y rígido producido por algunos moluscos y que les sirve como una capa interna de protección. También comprende la capa exterior de las perlas, dándoles su resplandeciente brillo.

Pero mientras que 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 el nácar artificial son complejos y requieren mucha energía.

Ahora, un biólogo de la Universidad de Rochester ha inventado un método económico y respetuoso con el medio ambiente para fabricar nácar artificial utilizando un innovador componente: bacterias.

El nácar artificial creado por Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en Rochester, y sus colegas, 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 y en capas, que permite que la energía se disperse uniformemente en todo el material. En su artículo publicado en la revista Small, Meyer y sus colegas describen su método de uso de dos cepas de bacterias para replicar estas capas. Cuando examinaron las muestras bajo un microscopio electrónico, la estructura creada por las bacterias se colocó en capas de manera similar al nácar producido naturalmente por los moluscos.

producción de nácar artificial

Aunque los materiales inspirados en el nácar han sido creados sintéticamente anteriormente, los métodos utilizados para hacerlos generalmente involucran costosos equipos, temperaturas extremas, condiciones de alta presión y químicos tóxicos, dice Meyer. "Muchas personas que crean nácar artificial utilizan capas de polímero que solo son solubles en soluciones no acuosas, un solvente orgánico, y luego tienen al final del procedimiento un cubo gigante de desechos que deben eliminarse".

Para producir nácar en el laboratorio de Meyer, sin embargo, todo lo que los investigadores deben hacer es cultivar bacterias y dejar que reposen en un lugar cálido.

De las bacterias al nácar

Para hacer el nácar artificial, Meyer y su equipo crean delgadas capas alternas de carbonato de calcio cristalizado, como el cemento, y un polímero pegajoso. Primero toman un portaobjetos de vidrio o plástico y lo colocan en un vaso que contiene la bacteria Sporosarcina pasteurii, una fuente de calcio y urea (en el cuerpo humano, la urea es el producto de desecho que los riñones eliminan durante la micción). Esta combinación desencadena la cristalización del carbonato de calcio. Para hacer la capa de polímero, colocan el portaobjetos en una solución de la bacteria Bacillus licheniformis, luego dejan que el vaso repose en una incubadora.

cristal de carbonato de calcioEn 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 están buscando actualmente recubrir con el nácar otros materiales como el metal, y "estamos probando nuevas técnicas para hacer que los materiales más gruesos, similares a los nácares, sean el material completo", dice Meyer.

Construyendo 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. Esto hace que el nácar sea ideal para aplicaciones médicas como huesos artificiales e implantes, dice Meyer. "Si se rompe el brazo, por ejemplo, puede colocar un pasador de metal que debe quitarse con una segunda cirugía después de que el hueso se haya curado. Un pasador hecho de nuestro material sería rígido y resistente, pero no habría porque 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, barcos o cohetes, donde cada kilo adicional significa más combustible.

nácar artificial

Debido a que la producción de nácar bacteriano no requiere ningún instrumento complejo, y el recubrimiento de nácar protege contra la degradación química y la intemperie, siendo una promesa para aplicaciones de ingeniería civil como la prevención de grietas, recubrimientos protectores para el control de la erosión o para la conservación de objetos culturales, y podría ser útil en la industria alimentaria, como material sostenible de empaquetado.

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 en el polvo lunar, por lo que el calcio ya está allí. El astronauta lleva la bacteria y produce la urea, que es la única otra cosa que necesitas para comenzar a hacer capas de carbonato de calcio".

Incluso más allá de sus cualidades como material estructural ideal, el nácar en sí mismo, como sabe todo dueño de joyas 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 visible. Cuando la luz incide en el nácar, "las longitudes de onda de la luz interactúan con estas capas de la misma altura, por lo que rebotan en la misma longitud de onda que la luz visible".

Si bien el nácar bacteriano no interactúa con la luz visible porque las capas son más gruesas que el nácar natural, podría interactuar con las longitudes de onda infrarrojas y rebotar el infrarrojo, dice Meyer, que "pudiendo ofrecer propiedades ópticas únicas".

Artículo cientñifico: Bacterially Produced, Nacre‐Inspired Composite Materials

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