Los materiales sintéticos más fuertes son a menudo aquellos que imitan intencionalmente la naturaleza.

Una sustancia natural que los científicos han buscado al crear materiales sintéticos es el nácar, también conocido como nácar. Excepcionalmente resistente material rígido producido por algunos moluscos y que sirve como capa interna de su caparazón, también comprende la capa exterior de perlas, dándoles su brillo lustroso.

Pero si bien las propiedades únicas del nácar lo convierten en una inspiración ideal para la creación de materiales sintéticos, la mayoría de los métodos utilizados para producir nácar artificial son complejos y consumen mucha energía.

Ahora, un biólogo de la Universidad de Rochester ha inventado un método económico y ecológico para hacer nácar artificial utilizando un componente innovador:las bacterias. El nácar artificial creado por Anne S. Meyer, profesor asociado de biología en Rochester, y sus colegas está hecho de materiales producidos biológicamente y tiene la dureza del nácar natural, mientras que también es rígido y, asombrosamente, flexible.

El método utilizado para crear el material novedoso podría dar lugar a nuevas aplicaciones en medicina, ingeniería, e incluso la construcción de edificios en la luna.

Impresionantes propiedades mecánicas

Las impresionantes propiedades mecánicas del nácar natural surgen de su jerarquía, estructura en capas, lo que permite que la energía se disperse uniformemente por el material. En un artículo publicado en la revista Pequeña , Meyer y sus colegas describen su método de utilizar dos cepas de bacterias para replicar estas capas. Cuando examinaron las muestras bajo un microscopio electrónico, la estructura creada por las bacterias fue estratificada de manera similar al nácar producido naturalmente por los moluscos.

Aunque los materiales inspirados en nácar se han creado sintéticamente antes, los métodos utilizados para fabricarlos suelen implicar equipos costosos, temperaturas extremas, condiciones de alta presión, y productos químicos tóxicos, Dice Meyer. "Muchas personas que crean nácar artificial usan capas de polímero que solo son solubles en soluciones no acuosas, un solvente orgánico, y luego tienen este cubo gigante de desechos al final del procedimiento que deben eliminarse ".

Para producir nácar en el laboratorio de Meyer, sin embargo, todo lo que los investigadores tienen que hacer es cultivar bacterias y dejarlas reposar en un lugar cálido.

De las bacterias al nácar

Para hacer el nácar artificial, Meyer y su equipo crean capas delgadas alternas de carbonato de calcio cristalizado, como cemento, y polímero pegajoso. Primero toman un portaobjetos de vidrio o plástico y lo colocan en un vaso de precipitados que contiene las bacterias. Sporosarcina pasteurii , una fuente de calcio, y urea (en el cuerpo humano, la urea es el producto de desecho excretado por los riñones al orinar). Esta combinación desencadena la cristalización del carbonato de calcio. Para hacer la capa de polímero, colocan el portaobjetos en una solución de las bacterias Bacillus licheniformis , luego deje reposar el vaso en una incubadora.

En este momento, se tarda aproximadamente un día en crear una capa, aproximadamente cinco micrómetros de espesor, de carbonato de calcio y polímero. Meyer y su equipo están buscando recubrir otros materiales como el metal con nácar, y "estamos probando nuevas técnicas para hacer más gruesas, materiales similares al nácar más rápido y ese podría ser todo el material en sí, "Dice Meyer.

Construyendo casas en la luna

Una de las características más beneficiosas del nácar producido en el laboratorio de Meyer es que es biocompatible:está hecho de materiales que el cuerpo humano produce o que los humanos pueden comer de forma natural de todos modos. Esto hace que el nácar sea ideal para aplicaciones médicas como huesos artificiales e implantes, Dice Meyer. "Si te rompes el brazo, por ejemplo, puede colocar un alfiler de metal que debe quitarse con una segunda cirugía después de que su hueso sane. Un alfiler hecho de nuestro material sería rígido y resistente, pero no tendrías que quitarlo ".

Y, mientras que el material es más resistente y rígido que la mayoría de los plásticos, Es muy liviano, una cualidad que es especialmente valiosa para vehículos de transporte como aviones, barcos o cohetes, donde cada libra extra significa combustible extra. Debido a que la producción de nácar bacteriano no requiere instrumentos complejos, y el revestimiento de nácar protege contra la degradación química y la intemperie, es prometedor para aplicaciones de ingeniería civil como la prevención de grietas, revestimientos protectores para el control de la erosión, o para la conservación de artefactos culturales, y podría ser útil en la industria alimentaria, como material de embalaje sostenible.

El nácar también podría ser un material ideal para construir casas en la luna y otros planetas:los únicos "ingredientes" necesarios serían un astronauta y un pequeño tubo de bacterias. Dice Meyer. "La luna tiene una gran cantidad de calcio en el polvo lunar, entonces el calcio ya está ahí. El astronauta trae las bacterias, y el astronauta hace la urea, que es la única otra cosa que necesita para comenzar a hacer capas de carbonato de calcio ".

Incluso más allá de sus cualidades como material estructural ideal, el nácar en sí, como cualquier dueño de joyería de perlas sabe, es "muy hermoso, "Meyer dice, debido a sus capas apiladas. Cada capa apilada tiene aproximadamente la misma longitud de onda que la luz visible. Cuando la luz golpea el nácar, "las longitudes de onda de la luz interactúan con estas capas de la misma altura, por lo que rebota en la misma longitud de onda que la luz visible". Si bien el nácar bacteriano no interactúa con la luz visible porque las capas son más gruesas que el nácar natural, podría interactuar con longitudes de onda infrarrojas y rebotar infrarrojos en sí mismo, Meyer dice:que "pueden ofrecer propiedades ópticas únicas".