La idea de crear materiales selectivamente porosos ha captado la atención de los químicos durante décadas. Ahora, Una nueva investigación de la Universidad Northwestern muestra que los hongos pueden haber estado haciendo exactamente esto durante millones de años.

Cuando el laboratorio de Nathan Gianneschi se propuso sintetizar melanina que imitara la que estaba formada por ciertos hongos que se sabe que habitan de manera inusual, entornos hostiles, incluidas naves espaciales, lavavajillas e incluso Chernobyl, Inicialmente, no esperaban que los materiales fueran muy porosos, una propiedad que permite que el material almacene y capture moléculas.

La melanina se ha encontrado en organismos vivos, en nuestra piel y en el fondo de nuestros ojos, y como pigmentos para muchos animales y plantas. También juega un papel en la protección de las especies de los factores ambientales estresantes. Las rayas de las serpientes marinas con cabeza de tortuga se oscurecen, por ejemplo, en presencia de agua contaminada; las polillas que viven en áreas industriales se vuelven negras cuando sus células absorben toxinas en el hollín. Los investigadores se preguntaron si este tipo de biomaterial podría hacerse más parecido a una esponja, para optimizar estas propiedades. Y, Sucesivamente, si las melaninas esponjosas ya existían en la naturaleza.

"La función de la melanina no se conoce completamente todo el tiempo y en todos los casos, "Gianneschi, el autor correspondiente del estudio, dijo. "Ciertamente es un eliminador de radicales en la piel humana y protege contra el daño de los rayos UV. Ahora, a través de la síntesis nos hemos encontrado con este material apasionante que muy bien puede existir en la naturaleza. Los hongos pueden fabricar este material para agregar resistencia mecánica a sus células, pero es poroso, permitiendo que los nutrientes pasen ".

El estudio se publicará el viernes, 5 de marzo, en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Gianneschi es profesor de química Jacob and Rosaline Cohn en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. Con nombramientos en los departamentos de ciencia de materiales e ingeniería biomédica de la Escuela de Ingeniería McCormick, Gianneschi también es director asociado del Instituto Internacional de Nanotecnología.

La capacidad de crear este material en un laboratorio es alentadora por varias razones. En materiales típicos no porosos, las partículas se adsorben solo superficialmente en la superficie. Pero los materiales porosos como la alomelanina absorben y retienen toxinas indeseables mientras dejan que las cosas buenas como el aire, agua y nutrientes a través. Esto puede permitir a los fabricantes crear transpirables, revestimientos protectores para uniformes.

"Siempre te entusiasma descubrir algo que es potencialmente útil, ", Dijo Gianneschi." Pero también existe la intrigante idea de que al descubrir esto, tal vez ya existan más materiales como este en biología. No hay muchos ejemplos en los que la síntesis química conduzca a un descubrimiento biológico. La mayoría de las veces es al revés ".

Naneki McCallum, un estudiante de posgrado investigador en el laboratorio y primer autor del artículo, había notado que en las condiciones adecuadas, la melanina parecía estar hueca, o podría hacerse para contener lo que parecían vacíos por microscopía electrónica. Cuando el equipo encontró el material sintético, comenzaron a experimentar con la porosidad y selectividad de los materiales para adsorber moléculas en esos vacíos.

En una demostración clave, el equipo, trabajando con investigadores del Laboratorio de Investigaciones Navales, pudo demostrar que la nueva melanina porosa actuaría como una capa protectora, impidiendo el paso de simuladores de gas nervioso. Inspirado por este resultado, luego aislaron la melanina natural de las células fúngicas. Esto se hizo grabando el biomaterial desde adentro, dejando una cáscara que contiene melanina. Llaman a estas estructuras "fantasmas fúngicos" para los escurridizos, la cualidad de "Casper" de la forma hueca. El material, derivado de hongos también podría, a su vez se puede utilizar como capa protectora en tejidos. Notablemente, el material permanece transpirable, dejar pasar el agua, mientras atrapa toxinas.

Otro beneficio de este material es su sencillez, ya que se produce y escala fácilmente a partir de precursores moleculares simples. En el futuro, podría usarse para fabricar máscaras protectoras y pantallas faciales y tiene potencial para aplicaciones en vuelos espaciales de larga distancia. Los materiales de revestimiento en el espacio permitirían a los astronautas almacenar las toxinas que están exhalando mientras se protegen de la radiación dañina. haciendo menos desperdicio y peso.

También es un paso hacia las membranas selectivas, un campo de estudio muy complejo que tiene como objetivo tomar compuestos como el agua y permitir el paso de minerales saludables mientras bloquea los metales pesados ​​como el mercurio.

"Los hongos pueden prosperar en lugares donde otros organismos luchan, y tienen melanina para ayudarlos a hacerlo, McCallum dijo. le pedimos, ¿Cuáles son las propiedades que podemos aprovechar al recrear dichos materiales en el laboratorio? "

El papel se titula, "Alomelanina:un biopolímero de microporosidad intrínseca".