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La biología se vuelve nanotecnológica

La biología da claves imprescindibles a los investigadores que tratan de diseñar artefactos nanotecnológicos, es decir, del tamaño de una billonésima parte de un metro. Aprender como funciona la sorprendente Naturaleza en sus estructuras minúsculas ayudará a crear máquinas perfeccionadas, aunque sólo puedan ser apreciadas por el ojo humano a través de un microscopio. Sólo hay que observar las mejores soluciones de la evolución en las formas de vida que nos rodean, y aplicarlas a los retos de la ingeniería. Pero, además, existen otros proyectos recientes que intentan dar un paso más: combinar la nanotecnología con ciertas formas de vida, produciendo biónicos más pequeños que un cabello humano. Por Yaiza Martínez.

Uno de los ingenieros que actualmente trabaja para desarrollar máquinas nanotecnológicas combinadas con elementos biológicos es Ken Sandhage, del Georgia Institute of Technology, en Estados Unidos, cuyos esfuerzos se centran en generar máquinas a partir de un alga denominada diatomea y que vive en agua dulce o en el mar y que fabrica su alimento a partir de luz solar.

Con un caparazón de silíceo o vidrio, estas algas al morir caen hacia el fondo del mar, donde se recogen y utilizan para fabricar determinados productos, como el material que hace brillar las líneas con que se pintan las carreteras. Sandhage las descubrió por casualidad, y desde entonces quedó fascinado con ellas: ¿por qué no fabricar artefactos nanométricos a partir de las diatomeas?

Estas algas miden tan sólo un cuarto del ancho de un cabello humano. Además, cada una desarrolla su propio diseño de su esqueleto, construyendo una pared celular de silíceo con intrincados patrones (poros, arrugas, canales…). Aprovechar sus formas podía ser una buena idea.

Baños de ácido

Para trabajar con las algas, Sandhage sometió las diatomeas adultas a un baño ácido que eliminó todo el material orgánico, dejando sólo el esqueleto de silicio. Luego, transformó las delicadas conchas en diversos materiales utilizando varios productos químicos, dejando sus rasgos intactos. El magnesio, por ejemplo, transforma el silicio en óxido de magnesio.

Las diatomeas transformadas de esta forma podrían servir, por ejemplo, como minúsculos vehículos de suministro de medicamentos, en cuya superficie podría viajar una cantidad considerable de medicina, hacia el objetivo del cuerpo que se quiera tratar. Por otro lado, los esqueletos serían fácilmente reabsorbidos por el organismo humano, sin efectos secundarios dañinos.

Las diatomeas pueden usarse además como bloques de construcción industriales porque pueden ser transformadas en multitud de formas. Sandhage cree que usando diatomeas de titanato de bario, que brillan cuando se mezclan con un elemento denominado europio, agrupándolas en red pueden fabricarse incluso pantallas LCD (liquid crystal display), utilizadas en la actualidad en ordenadores portátiles. El europio es un material metálico, plateado y blando perteneciente al grupo químico de los lantánidos y que se emplea en el tratamiento de las pantallas de los tubos de televisión.

Las diatomeas servirían por tanto como estructuras biológicas de formas variadas, en total unas 105, incluso en el desarrollo industrial de cantidades importantes de minúsculas partículas tridimensionales con fines variados. Mantendrían por tanto intactas sus formas, pero éstas estarían hechas de otros materiales, según el uso que se les quiera dar.

Otra interesante propuesta

Pero no sólo las diatomeas han servido como fuente de inspiración. Una investigadora del la universidad de Tuebingen, en Alemania, Anita Roth-Nebelsick, trabaja actualmente con los poros casi invisibles de la parte inferior de las hojas.

Según la revista Wired, las plantas tienen un mecanismo que regula el vapor de agua: si las hojas empiezan a secarse, los poros de su superficie se cierran, y si están demasiado húmedas, se abren.

Roth-Nebelsick ha creado un material que consiste en dos capas de poros de fibra sintética entre las que se sitúa una capa de un material orgánico llamado chitosán, un polisacárido que se encuentra en el exoesqueleto de diversos crustáceos, como las gambas, la langosta y el cangrejo.

Si el chitosán se moja se hincha, permitiendo que las capas de fibra se abran y el agua se evapore. Este aparentemente sencillo sistema serviría, por ejemplo, para que las vendas de las heridas mantengan un nivel ideal de humedad que permita que las heridas se curen antes. También ayudaría a la preservación en buen estado de alimentos empaquetados.

La nanotecnología es la ciencia y la técnica aplicadas a un nivel de nanoescala, que permite trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. Desde esta minúscula perspectiva, desde los años 60 los científicos intentan crear máquinas minúsculas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas, cuyos mayores aliados quizá se encuentren en la Naturaleza.

http://www.blackwell-synergy.com/doi/abs/10.1111/j.1551-2916.2005.00734.x

Yaiza Martinez

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