Los ojos de muchos insectos incluida la mosca de la fruta, están cubiertos por una fina, revestimiento transparente formado por pequeñas protuberancias con antirreflejos, propiedades anti-adhesivas. Un artículo publicado en la revista Naturaleza revela los secretos de cómo se fabrica este nano-revestimiento.

Los autores, de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y la Universidad de Lausana (UNIL) —junto con ETH Zurich (ETHZ) —muestran que el recubrimiento solo consta de dos ingredientes:una proteína llamada retinina y cera corneal. Estos dos componentes generan automáticamente la red regular de protuberancias al desempeñar los roles de activador e inhibidor, respectivamente, en un proceso de morfogénesis modelado en la década de 1950 por Alan Turing. El equipo multidisciplinario incluso logró reproducir artificialmente el fenómeno mezclando retinina y cera en diferentes tipos de superficie. Este proceso, que es muy económico y se basa en materiales biodegradables, se utilizó para obtener nano-revestimientos con una morfología similar a la de los insectos, con funcionalidades anti-adhesivas y anti-reflectantes que podrían tener numerosas aplicaciones en áreas tan diversas como las lentes de contacto, implantes médicos y textiles.

"El nanorrevestimiento que cubre la superficie de los ojos de algunos insectos se descubrió a fines de la década de 1960 en polillas, "dice Vladimir Katanaev, profesor del Departamento de Fisiología y Metabolismo Celular de la Facultad de Medicina de la UNIGE e investigador principal del estudio. "Está formado por una densa red de pequeñas protuberancias de unos 200 nanómetros de diámetro y varias docenas de nanómetros de altura. Tiene el efecto de reducir la reflexión de la luz".

La córnea de un insecto sin recubrimiento refleja típicamente alrededor del 4% de la luz incidente, mientras que la proporción cae a cero en los insectos que sí tienen la cubierta. Aunque una mejora del 4% puede parecer pequeña, es una ventaja suficiente, especialmente en condiciones de oscuridad, haber sido seleccionado durante la evolución. Gracias a sus propiedades anti-adhesivas, el revestimiento también proporciona protección física contra las partículas de polvo más pequeñas en el aire.

El profesor Katanaev se trasladó a este campo de investigación hace diez años. En 2011, él y su equipo fueron los primeros en descubrir el nano-revestimiento en los ojos de las moscas de la fruta (Drosophila melanogaster). Este insecto es mucho más adecuado para la investigación científica que las polillas, en particular porque su genoma ha sido completamente secuenciado.

Alan Turing:luz guía

Según sus resultados preliminares, en 2015, el profesor Katanaev y sus colegas sugirieron que el nano-revestimiento era el resultado de un mecanismo de morfogénesis que el matemático británico Alan Turing había modelado en la década de 1950. Este modelo sostiene que dos moléculas se organizan automáticamente para producir patrones en parches o tiras regulares. El primero sirve como activador, iniciando un proceso donde un patrón especial emerge y se autoamplifica. Pero también estimula la segunda molécula al mismo tiempo, que actúa como inhibidor y se difunde más rápidamente. Este modelo ha permitido explicar los fenómenos naturales a escala macroscópica, como las manchas de un leopardo o las rayas de una cebra, y a escala microscópica, pero nunca todavía en la escala nanoscópica.

El investigador con sede en Ginebra ahora ha reunido más evidencia para apoyar esta hipótesis. Gracias a los análisis bioquímicos y al uso de la ingeniería genética, El profesor Katanaev y sus colegas han logrado identificar los dos componentes involucrados en el modelo de reacción-difusión desarrollado por Turing. Esto depende de una proteína llamada retinina y cera producida por varias enzimas especializadas, dos de los cuales han sido identificados. La retinina juega el papel de activador:con su forma inicialmente desestructurada, adopta una estructura globular al entrar en contacto con la cera y comienza a generar el patrón. La cera por otra parte, juega el papel de inhibidor. El juego de poder entre los dos conduce a la aparición del nano-revestimiento.

Nano-revestimiento artificial

"Posteriormente logramos producir retinina a muy bajo costo utilizando bacterias genéticamente modificadas para este propósito, "dice el profesor Katanaev." Después de purificarlo, lo mezclamos con diferentes ceras comerciales sobre superficies de vidrio y plástico. Entonces pudimos reproducir el nano-revestimiento muy fácilmente. Es similar en apariencia al recubrimiento que se encuentra en los insectos y tiene propiedades antirreflectantes y antiadherentes. Creemos que podemos depositar este tipo de nano-revestimiento en casi cualquier tipo de superficie, incluida la madera, papel, metal y plástico ".

Las pruebas iniciales han demostrado que el revestimiento es resistente a 20 horas de lavado con agua (se daña fácilmente con detergente o rayado, aunque las mejoras tecnológicas podrían hacerlo más robusto). Las propiedades antirreflectantes ya han despertado cierto interés entre los fabricantes de lentes de contacto, mientras que las propiedades anti-adhesivas podrían atraer a los productores de implantes médicos. En efecto, este tipo de recubrimiento podría permitir controlar dónde se enganchan las células humanas. La industria ya cuenta con las técnicas necesarias para obtener este resultado. Pero usan métodos duros como láseres o ácidos. La solución del equipo de Ginebra tiene la ventaja de ser económica, benigno y totalmente biodegradable.