Fuente: Tendencias Científicas -
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Las estructuras nanométricas de las conchas marinas son las que explican su fortaleza
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<p>El descubrimiento permitirá el desarrollo de materiales sintéticos para la
protección del hombre</p>
<p>La naturaleza realiza proezas de ingeniería que los humanos aún no hemos sido
capaces ni de soñar. El estudio de la materia a nivel nanométrico está
permitiendo a los investigadores contar con una serie de información con la que
podrán desarrollarse nuevos materiales en el futuro. Desde la óptica hasta la
robótica, pasando por materiales sintéticos que podrán incluso saldar huesos, el
campo de aplicación de la nanotecnología es inmenso. Investigadores del MIT
acaban de publicar un estudio en el que se reflejan las estructuras nanométricas
de las conchas de los animales marinos, que explican su sorprendente fortaleza,
a pesar de que están compuestas por materiales frágiles. Este análisis servirá
en el futuro para desarrollar corazas protectoras para el ser humano o coches
más seguros. Por Marta Morales. <br>
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Los océanos son medios en los que las criaturas marinas con cuerpos frágiles,
como la serpiente de mar, tienen que desarrollar estructuras que les permitan
habitarlos. Estas estructuras de la naturaleza son nanométricas, minúsculos
sistemas de corazas (un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro)
capaces de aguantar el peso del agua. Ahora, los científicos las estudian con el
fin de reproducirlas en laboratorio, como método de protección de los humanos,
informa el MIT (Massachussets Institute of Technology). <br>
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Comprender los fundamentos del diseño de los sistemas naturales de corazas, como
las conchas, ayudará a los ingenieros a desarrollar sistemas similares para los
hombres y mujeres que trabajan en situaciones peligrosas, como los soldados o
los policías. En el centro de investigación de nanotecnologías militares de
dicho instituto, los científicos trabajan para definir las estructuras y
mecanismos característicos de las conchas de los moluscos a escala nanométrica.
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Bioingenieria minuscula <br>
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Los resultados de estas investigaciones, dirigidas por la profesora Christine
Ortiz, han sido publicados en la revista Journal of Materials Research y han
demostrado que la naturaleza es experta en el diseño de la ingeniería a nano
escala. En el nácar del molusco analizado, por ejemplo, se ha descubierto que
las estructuras nanométricas son de una perfección sorprendente, lo que cambia
el concepto que se tenía de este material. <br>
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El nácar está compuesto de materiales relativamente frágiles: en un 95% de
carbonato cálcico, un componente cerámico quebradizo, y en un 5% de un
biopolímero flexible (los polímeros son macromoléculas -generalmente orgánicas-
formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros). Estos
materiales se organizan en una estructura que mezcla, formando una especie de
ladrillo, millones de placas cerámicas cada una del tamaño de varios miles de
nanómetros. Las placas se acumulan una encima de las otras como si fueran un
rollo de monedas. Cada estrato de placas está unido a los demás por finas capas
de biopolímero. Los estudios de los investigadores del MIT se han centrado en
esas pequeñas regiones de tamaño nanométrico que son las placas individuales.
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Aunque el carbonato cálcico es muy frágil y quebradizo, la estructura que se
forma en las conchas del molusco aumenta su fuerza, y muestra a los
investigadores la manera en que podrían construirse materiales mucho más duros y
protectores, realizados con compuestos sintéticos que imiten a la biología.
Estos compuestos podrían utilizarse tanto en armaduras o chalecos protectores
para personas como en carrocerías de coches o en las alas de los aviones. <br>
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Los científicos del MIT empezaron a hacer sus estudios experimentales haciendo
un corte en el armazón de la trochus niloticus, un tipo de molusco marino,
utilizando para ello un poderoso instrumento de precisión atómica. Descubrieron
que cada una de las placas individuales tiene su propia estructura nanométrica
compleja, y que se halla dividida en diferentes sectores. En los bordes
descubrieron una especie de vigas cilíndricas de tamaño nanométrico. También
observaron que la superficie cuenta con rugosidades nanométricas, denominadas
“nanoasperities” o “nanoasperezas”, organizadas en grupos, y moléculas
biopoliméricas de sólo un nanómetro de tamaño, atravesadas por encima y unidas a
las rugosidades. <br>
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Aprender de la naturaleza <br>
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Los investigadores hicieron una prueba con un tipo de diamante de sólo unos
cientos de nanómetros de tamaño en el Departament of Material Sciencie and
Enegineerings’ Nonomechanical Technology Laboratory, con la intención de ponerlo
sobre la superficie de una de las placas individuales, mediante una téncinca
llamada nanoindentation. Mientras, iban midiendo la fuerza resultante.
Descubrieron que, de esta forma, las estructuras se volvían mucho más fuertes y
que no se rompían, incluso sometidas a grandes fuerzas. <br>
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Aunque los científicos han estudiado mucho las conchas a nivel macroscópico y
microscópico, a nivel nanométrico aún se conoce muy poco de ellas. En la
actualidad, el equipo del MIT investiga las fuerzas de cohesión a nanoescala
existentes entre las placas cerámicas y los biopolímeros flexibles de las
conchas, así como las propiedades nanomecánicas de las moléculas del
biopolímero. También analizan en la actualidad las propiedades nanomecánicas de
otros materiales naturales, como los huesos y los cartílagos. <br>
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La naturaleza emplea estructuras a nanoescala para diseñar materiales con
propiedades mecánicas superiores. Según los investigadores, los ingenieros
deberían aprender de ella, para desarrollar el mismo tipo de habilidad. A medida
que se avanza en el conocimiento de las estructuras materiales y biológicas a
ese nivel, la aparición de materiales sintéticos que puedan hacer lo mismo está
cada vez más cerca. <br>
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Los investigadores aprenden cada día de la naturaleza. Por ejemplo, un tipo de
escarabajos que deposita sus huevos en árboles recién quemados es capaz de
detectar incendios desde varios kilómetros de distancia. El ministerio de
defensa norteamericano trabaja en la actualidad en el estudio de estos
escarabajos para desarrollar detectores infrarrojos para uso militar y de bajo
coste. <br>
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La empresa Volvo, por su parte, estudia la asombrosa habilidad de las langostas
para volar en masa sin chocar unas con otras, con el fin de crear un dispositivo
de anti colisión en los coches. El Gobierno norteamericano está desarrollando en
la actualidad un robot que puede escalar superficies verticales usando el mismo
principio que emplean algunos insectos para escalar las paredes y para pasearse
boca abajo por los techos. La nanoescala es un paso más en el aprendizaje de lo
que ya está hecho en la biología.</p> |
