Cultivar cristales ahora es un poco más fácil gracias al trabajo de un equipo internacional de Virginia Tech, Universidad Harvard, y AMOLF, operado por la Fundación para la Investigación Fundamental sobre la Materia Instituto AMOLF) en los Países Bajos.

El equipo incluía a Ling Li, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería.

El trabajo del grupo apareció recientemente en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ) con Li como primer autor. La investigación sobre la nucleación controlada y el crecimiento de cristales proporcionará información para comprender, imitando, y, en última instancia, expandir las estrategias de mineralización de la naturaleza para desarrollar estructuras microscópicas funcionales.

El crecimiento de cristales ha sido una parte importante de intentar imitar la formación biológica de minerales como estructuras biomineralizadas en la naturaleza, como conchas marinas y huesos, que son mucho más duraderos y avanzados que los creados sintéticamente en la actualidad. Usando uno de dos parámetros de control, sobresaturación o desajuste de la red del núcleo, los investigadores podrían controlar la nucleación y el crecimiento de cristales a base de carbonato.

"Nuestra investigación ha combinado con éxito tanto la sobresaturación local como el desajuste de la red para promover de manera más efectiva la nucleación de cristales, ", dijo Li." Al demostrar el control sobre ambos parámetros, podemos dirigir el posicionamiento y la dirección de crecimiento de los compuestos cristalinos en sustratos específicos ".

El desajuste de la red de sustrato / núcleo se refiere a la diferencia de alineación del cristal entre el cristal en crecimiento en un sustrato particular, mientras que la sobresaturación local indica que la concentración del material disuelto alrededor de una estructura cristalina en crecimiento sumergida en solvente es mayor que su límite de solubilidad.

"La motivación de este trabajo es comprender cómo se forman las estructuras biológicas mineralizadas, como las conchas marinas, "Dijo Li." Una concha está hecha principalmente de tiza, que obviamente es frágil y débil, pero la naturaleza organiza la estructura de tal manera que la hace muy fuerte ".

El grupo de investigación colaborativa está trabajando para explicar la base estructural clave de las propiedades mecánicas y comprender sus vías de formación para el desarrollo de materiales estructurales bioinspirados en el futuro.

La parte de Li del proyecto se centra en las estructuras interfaciales entre el sustrato subyacente y los cristales demasiado crecidos y cómo las estructuras pueden crecer de manera diferente en diferentes condiciones.

Usando un ejemplo de tres estructuras cristalinas diferentes de carbonato de calcio (los biominerales más abundantes que se encuentran en la naturaleza) como sustratos, El equipo determinó que al modificar la ubicación de la reacción de cristalización que tiene lugar en un solvente, podrían afectar tanto a la sobresaturación como al desajuste de la red de sustrato / núcleo y, de esa manera, nuclean y dirigen el crecimiento de los cristales en una ubicación y dirección específicas.

"Al tratar de comprender cómo se organizan estas estructuras, podemos intentar imitar la naturaleza con materiales sintéticos y mejorar las propiedades mecánicas, "dijo Li.

Uno de los próximos pasos en la investigación será que Li lidere el mismo grupo mientras observan cómo se forman los cristales bajo un haz de rayos X que registrará todo el proceso de crecimiento.

"Queremos ver cómo crecen los cristales a una resolución de nanómetros, para proporcionar más información en términos de comprensión de cómo los parámetros de crecimiento controlan la morfología de los cristales, y quizás más información sobre cómo funcionan los sistemas biológicos para controlar la morfología, lo cual es extremadamente importante en términos de sus propiedades ".