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(noticias nanowerk) Para desarrollar una protección más eficaz contra la radiación electromagnética (EM), los investigadores se han inspirado en la naturaleza. Un nuevo estudio describe cómo las proteínas pueden mejorar las propiedades de las estructuras organometálicas (MOF) para absorber la radiación de microondas. Publicado en la revista Pequeño Los resultados (“Absorción de ondas electromagnéticas mejorada de MOF bioinspirados jerárquicos”) muestran que los materiales bioinspirados tienen el potencial de avanzar en las tecnologías de blindaje EM.
Las tesis centrales
Investigación
La exposición a la radiación electromagnética procedente de fuentes como radares, teléfonos móviles y Wi-Fi ha aumentado drásticamente. Al mismo tiempo, continúa creciendo la necesidad de escudos contra la radiación livianos y flexibles, particularmente para aplicaciones electrónicas y de defensa. Materiales como el carbono y los MOF han demostrado potencial, pero lograr una absorción de microondas amplia y potente sigue siendo un desafío.
Según investigadores del Laboratorio de Alto Campo Magnético de China, las proteínas ofrecen una solución para mejorar los MOF. La compleja estructura molecular y los grupos funcionales de las proteínas pueden controlar la formación de redes MOF complejas. El autor principal, Dr. Kun Ma explicó: «Las proteínas tienen estructuras multidimensionales complejas y diversas, así como una amplia gama de grupos funcionales que pueden unirse a iones metálicos». Al explotar estas propiedades, se puede refinar la síntesis y la morfología resultante de los MOF.
Para probar su hipótesis, los científicos se centraron en una proteína llamada albúmina sérica bovina (BSA). BSA es abundante en la sangre de las vacas y contiene una variedad de aminoácidos y grupos adecuados para la coordinación con los metales. El equipo combinó BSA con un MOF a base de hierro llamado Mil-100 en varias proporciones mediante síntesis hidrotermal.
Los análisis revelaron que una concentración de BSA del 40% formaba de manera óptima el MOF en nanoflores uniformes y altamente reticuladas. Este compuesto 2-BSA@Mil-100 exhibió capacidades excepcionales de absorción de microondas. Con un grosor de sólo 2,8 mm se logró una pérdida de reflexión de -58 dB a una frecuencia de 8,85 GHz. Este rango cubre toda la banda Ku (12-18 GHz), que es crucial para las comunicaciones por radar y por satélite.
Dr. Ma atribuye el rendimiento mejorado a los efectos sinérgicos entre BSA y MOF. Es probable que los grupos de aminoácidos interactúen con los átomos de hierro para convertir eficientemente la energía EM en calor. BSA también introduce defectos adicionales basados en nitrógeno que aumentan la conductividad. Es importante que la biotemplatación mantenga la gran superficie que es crucial para la absorción y al mismo tiempo regule la estructura.
Coautor Dr. Junfeng Wang añadió: «Nuestra investigación arroja nueva luz sobre la importancia de las proteínas, particularmente la BSA biomineralizada, en el control de la síntesis de MOF con estructura mejorada y rendimiento de absorción de microondas».
En comparación con otros materiales de protección EM actuales, el compuesto BSA-MOF exhibe un ancho de banda excepcional en una configuración notablemente delgada. Con un mayor desarrollo, el enfoque bioinspirado podría permitir un blindaje liviano y flexible contra una amplia gama de frecuencias de microondas.
Más allá de la electrónica y las telecomunicaciones, los materiales son prometedores para productos biomédicos y de defensa. Los dispositivos médicos implantados necesitan protección contra las interferencias electromagnéticas, mientras que los revestimientos y los aviones militares que absorben radares dependen de materiales de banda ancha. Los autores principales del estudio, el Dr. Sajid y Xu descubrieron que el BSA@Mil-100 es muy adecuado para estas aplicaciones del mundo real debido a su alta capacidad de absorción.
Sin embargo, la estabilidad y reciclabilidad de las proteínas integradas en los MOF requiere un análisis más detallado antes de su comercialización. La seguridad es otro aspecto importante a la hora de integrar componentes biológicos en materiales funcionales.
Sin embargo, los expertos ven los resultados iniciales como una interesante prueba de concepto. Aprovechar el antiguo ingenio de las proteínas podría ser el eslabón perdido para mejorar las herramientas de próxima generación basadas en blindaje EM. Dr. Wang concluyó: «Este enfoque ofrece una nueva y prometedora vía para el diseño y desarrollo de materiales de absorción de microondas de alto rendimiento».
La combinación sinérgica de biología y materiales avanzados podría proporcionar soluciones para cerrar brechas críticas en las nuevas tecnologías. A medida que los investigadores se centran ahora en la optimización y el escalado, sus MOF bioinspirados se están acercando a permitir un blindaje EM más ligero y versátil para diversas aplicaciones.
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