Las biopelículas generalmente se consideran un problema que debe erradicarse debido a los peligros que representan para los seres humanos y los materiales. Sin embargo, estas comunidades de algas, los hongos o las bacterias poseen propiedades interesantes tanto desde el punto de vista científico como técnico. Un equipo de la Universidad Técnica de Munich (TUM) describe procesos del campo de la biología que utilizan biopelículas para crear plantillas estructurales para nuevos materiales que poseen las propiedades de los materiales naturales. En el pasado, esto solo fue posible hasta cierto punto.
Durante millones de años materiales naturales como la madera, El hueso y el nácar se han optimizado mediante la evolución según el principio de estabilidad adaptada con el menor peso posible. La naturaleza ha inspirado muchos desarrollos técnicos. Los ejemplos incluyen alas de avión, cremalleras y selladores de superficies con efecto loto. Sin embargo, La ingeniería inversa no puede reproducir la complejidad estructural del original en la naturaleza.
"En naturaleza, encontramos muchos materiales con propiedades que los materiales artificiales no pueden replicar exactamente de la misma manera, "dijo el profesor Cordt Zollfrank, quien investiga los principios básicos para el desarrollo de nuevos materiales junto con su equipo en la Cátedra de Polímeros Biogénicos del TUM Campus Straubing for Biotechnology and Sustainability.
Problemas más grandes en el nivel más pequeño
Como interfaz entre biología y tecnología, La biónica utiliza métodos y sistemas que se encuentran en la naturaleza para proporcionar soluciones a problemas técnicos. Cuando todavía se limitaba a utilizar formas naturales, p.ej. como plantillas para el desarrollo en el diseño de alas de aviones o cascos de barcos, los problemas siguieron siendo manejables. Sin embargo, imitar las propiedades materiales de los materiales de construcción naturales es una historia completamente diferente. Esto se debe a que se encuentran en las estructuras internas, donde las fibras están unidas entre sí en varios órdenes de magnitud y en varios niveles jerárquicos.
"Generalmente, las principales fuentes de propiedades mecánicas del material, como la elasticidad, la fuerza y la tenacidad se encuentran en el nivel más pequeño de estas jerarquías, especialmente a escala nanométrica, "explicó el Dr. Daniel Van Opdenbosch, un líder de equipo en la silla de Zollfrank y uno de los autores del artículo, describiendo el problema principal al intentar traducirlos en soluciones técnicas. Sin embargo, cuando los propios microorganismos o sus secreciones crean el material, las complejas redes técnicamente sofisticadas ya están completamente formadas.
El futuro de la biónica
En un artículo para la revista Materiales avanzados , los investigadores de TUM presentan una serie de procedimientos del campo de la biología que utilizan la luz, calor, sustratos especialmente preparados, y otros estímulos para orientar la dirección del movimiento de los microorganismos por caminos muy específicos. "Estos hallazgos biológicos para controlar microbios a través de estímulos dirigidos darán forma al futuro de la investigación de materiales, ", dijo el profesor Cordt Zollfrank. Esto se debe a que hacen posible crear plantillas a medida para nuevos materiales con estructuras naturales de los propios microbios o sus secreciones". Con nuestro artículo, queremos mostrar la dirección que nos llevará este viaje en el campo de la ciencia de los materiales de inspiración biológica, "dijo el profesor.
Modelado sin contacto
Daniel Van Opdenbosch y su grupo ya están utilizando con éxito algunos de estos métodos en Straubing. Como parte de un proyecto Reinhart Koselleck de la Fundación Alemana de Investigación (DFG), los investigadores están aprovechando las propiedades especiales de las algas rojas, cuya dirección de movimiento depende de la exposición a la luz, y que segregan cadenas a partir de moléculas de azúcar. Proyectando patrones de luz que cambian con el tiempo en el medio de crecimiento de las algas, los investigadores los utilizan para crear largos hilos finos de polímero, que sirven como plantillas personalizadas para la fabricación de cerámicas funcionales.
Con la ayuda de las algas, se puede crear cualquier cantidad de plantillas para una amplia variedad de aplicaciones, que van desde electrodos de batería hasta nuevas tecnologías de pantalla y visualización hasta aplicaciones en medicina, como hueso y tejido de reemplazo. Aunque la capacidad de desarrollar microestructuras complejas, como componentes completos y otros materiales estructurados jerárquicamente, está todavía muy lejos en el futuro, pronto podría convertirse en una realidad tangible gracias a la investigación básica realizada por los investigadores de Straubing.
