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(noticias nanowerk) «Las condiciones de escasez extrema han permitido que los materiales naturales evolucionen hasta convertirse en algunos de los materiales más extraordinarios de la Tierra, como seda de araña increíblemente fuerte y caparazones resistentes a impactos», dijo Javier Fernández, profesor asociado de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD ). .
A lo largo de la historia, los científicos se han inspirado en la naturaleza para resolver problemas y desarrollar nuevas tecnologías, desde las máquinas voladoras de Da Vinci modeladas a partir de aves hasta eficientes trajes de baño que imitan la piel de un tiburón. Hace una década, el Profesor Asociado Fernández propuso utilizar la naturaleza no solo como fuente de inspiración para la ciencia de los materiales, sino también como modelo de cómo deben organizarse las moléculas naturales para recrear las extraordinarias propiedades de los materiales naturales.
«Hacer coincidir las moléculas naturales con su organización natural permite que se utilicen sin modificaciones, lo que da como resultado materiales que permanecen totalmente integrados en los ciclos ecológicos naturales», añadió.
La investigación del profesor asociado Fernández en ingeniería bioinspirada se centra en la quitina. Como segunda molécula orgánica más abundante en la Tierra, la quitina es renovable y forma parte de cada ciclo ecológico. También es el material a partir del cual la naturaleza crea algunas de sus estructuras más extraordinarias, como las alas ligeras y rígidas de un insecto, el exterior robusto de un mejillón y los colores extraordinarios de una mariposa. Por tanto, su control tiene implicaciones de gran alcance para la tecnología debido a su versatilidad y sostenibilidad.
En un estudio anterior, el profesor asociado Fernández y su equipo descubrieron que la quitina aislada puede agregarse y formar materiales fuertes manteniendo su función óptica. Su último estudio (Materiales técnicos avanzados, “Producción artificial a gran escala de la iridiscencia de la cutícula de Coleoptera y su uso en recubrimientos biodegradables conformes”) se basó en estos resultados aprendiendo de los escarabajos cómo utilizar eficientemente la quitina para producir color a gran escala. Sin embargo, no lo aprendieron de los escarabajos de colores.
Mientras que los escarabajos que habitan en las plantas utilizan estructuras complejas para producir colores vibrantes y deslumbrantes para muchas tareas, desde transmitir información hasta confundir a los depredadores, algunas especies de colores oscuros que viven en ambientes ocultos/oscuros producen reflejos de color tenues sin que sean obviamente útiles. Es este mecanismo el que interesa al profesor asociado Fernández, ya que implica estructuras simples que pueden implementarse fácilmente en los procesos de fabricación.
El exoesqueleto de los escarabajos que viven en ambientes oscuros está cubierto de pliegues de quitina que les ayudan a moverse fácilmente a través del barro y las zonas húmedas. Curiosamente, cuando estas arrugas se combinan con el fondo rico en melanina responsable de su color oscuro, sus cutículas se vuelven iridiscentes y reflejan diferentes colores cuando se exponen a la luz. Los investigadores descubrieron que la periodicidad de las arrugas no está optimizada de forma natural para producir color. Sin embargo, el equipo pudo optimizarlo artificialmente y, utilizando este mecanismo simplificado, pudo crear colores de quitina iridiscentes comparables a los producidos por las complejas estructuras de los coloridos escarabajos que viven en las hojas.
Este diseño simple permitió al equipo transferir la producción de color desde muestras microscópicas de prueba de concepto a películas de tamaño A4 en solo un año, el mayor ejemplo hasta la fecha de color estructural elaborado con su molécula nativa. Estos resultados no sólo son teóricamente significativos, sino también tecnológicamente relevantes.
«Dado que la quitina está aprobada por la FDA para fines médicos y cosméticos, representa una alternativa respetuosa con la salud y el medio ambiente a los materiales sintéticos utilizados en estas aplicaciones», explicó el profesor asociado Fernández. Complementando hallazgos anteriores sobre el uso de quitina para producir bienes de consumo localmente, el equipo espera incorporar estructuralmente el color en la fabricación general, eliminando así la necesidad del uso de tintes artificiales.
De cara al futuro, el profesor asociado Fernández ve la fabricación bioinspirada como una sinergia mutuamente beneficiosa entre la biología y la tecnología, que permite el uso tecnológico de nuevos materiales basados en diseños biológicos y ayuda a los investigadores a crear modelos controlados para comprender mejor los sistemas biológicos.
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