Inspirándose en la producción de fibras y adhesivos naturales por parte de los mejillones y el muérdago, un equipo de investigación de la Universidad McGill ha desarrollado un nuevo método de fabricación de materiales complejos que podría constituir una alternativa sostenible a los plásticos y adhesivos convencionales.
"Los organismos vivos pueden fabricar materiales de alto rendimiento a partir de sus constituyentes básicos, los cuales se ensamblan para formar estructuras complejas. Este proceso sigue siendo muy difícil de reproducir para el ser humano mediante los enfoques clásicos de fabricación de materiales", indica Matthew Harrington, profesor de química y autor principal del estudio.
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Durante estudios previos sobre el tema, se investigaron los mecanismos de fabricación de los materiales naturales. Basándose en los resultados de esos estudios, el equipo ahora tiene como objetivo el desarrollo en laboratorio de materiales compuestos inéditos.
"Nuestros trabajos anteriores se centraron en materiales biológicos. Ahora estamos trabajando en la creación de materiales sintéticos inspirados en la biología", indica el profesor Harrington.
Enfoque del equipo
Para desarrollar estos materiales, el equipo se inspiró en las estructuras adhesivas a base de proteínas producidas por los mejillones, por un lado, y en las redes de fibras de celulosa de las bayas del muérdago, por otro. Al combinar una proteína de mejillón producida en laboratorio con nanocristales de celulosa modificados procedentes de pasta de madera, el equipo obtuvo microgotas.
"Los mejillones producen adhesivos, fibras y revestimientos a partir de gotas densas de proteínas, mientras que el muérdago utiliza nanocristales de celulosa como material de construcción rígido en sus fibras firmes y adhesivas", indica Hamideh Alanagh, investigadora posdoctoral y coautora y recurso principal. "Al combinar estos dos mecanismos, sentamos las bases para una fabricación sostenible de materiales de vanguardia."
Gracias a un método simple de liofilización, las gotas se ensamblaron en andamios porosos alineados que presentan una estructura en capas a diferentes escalas. Los pequeños elementos constitutivos se organizaron en patrones más amplios, similares a los que se encuentran en los tejidos biológicos. "Estas gotas constituyen precursores simples que permiten fabricar materiales complejos", declara Theo van de Ven, profesor de química y autor principal.
Los andamios también pueden redisolverse en gotas y luego reensamblarse para formar nuevas estructuras, lo que sugiere un proceso de fabricación que permita la reutilización repetida de un material. "La reversibilidad del proceso de fabricación por gotas es, en sí misma, particularmente interesante desde el punto de vista del desarrollo sostenible", subraya Hamideh Alanagh. Además, pruebas de laboratorio mostraron que estos materiales no eran tóxicos para las células humanas, lo que abre el camino a posibles aplicaciones biomédicas, especialmente en ingeniería de tejidos.
Amin Ojagh, investigador posdoctoral y coautor principal del estudio, destaca que este avance fue posible gracias a la combinación de conocimientos sobre materiales marinos y vegetales.
"Nunca podríamos haber creado estos nuevos materiales sin los conocimientos extraídos de estos dos sistemas", indica.
"Algunos materiales que usamos a diario, como los plásticos, adhesivos y compuestos, perjudican nuestro medio ambiente", subraya el profesor Harrington. "Inspirándonos en la naturaleza, podemos desarrollar métodos de fabricación ecológicos y sostenibles, y producir materiales dotados de notables propiedades."
Fuente: Universidad McGill