Uno de los grandes desafíos de la ingeniería de los materiales ha sido lograr crear un producto que sea fuerte y extensible a la vez.
Hasta ahora, aumentar la rigidez de un material significaba reducir su extensibilidad, y viceversa.
No obstante, investigadores en Finlandia han resuelto el problema inspirándose en la naturaleza y con ingredientes biológicos para crear un producto realmente revolucionario.
Se trata de una combinación única de materiales que supera en firmeza, resistencia y extensibilidad a los actuales productos sintéticos y naturales y que, además, es biodegradable.
Madera y telaraña
Técnicos e ingenieros de la Universidad Aalto y el Centro de Investigación Técnica VTT, en Finlandia, adhirieron fibras de celulosa de madera a la proteína de la seda de telaraña. Como antecedente, en Misiones también evaluaron el uso de la madera como insumo para crear plásticos biodegradables.
El resultado es un material muy firme, elástico y resistente que bien podría reemplazar el plástico en múltiples usos.
Sus aplicaciones futuras incluyen compuestos con base biológica, productos médicos, fibras quirúrgicas, la industria textil, empaques y envoltorios.
Según el profesor Markus Linder, de la Universidad Aalto, la naturaleza ofrece excelentes materias primas que están fácilmente disponibles para el desarrollo de nuevos materiales, como la celulosa rígida y la resistente y flexible seda que se utilizaron en la investigación.
La ventaja de ambos materiales es que, contrario al plástico, son biodegradables y no dañan el medio ambiente ni constituyen un potencial riesgo para la salud como los microplásticos.
«Nuestros investigadores sólo necesitan poder reproducir estas propiedades naturales«, señaló el profesor Linder, que también dirigió la investigación.
Materiales y métodos
Uno de los productos naturales que utilizaron provino del abedul, un árbol abundante en los bosques del norte de Europa, que combinaron con proteína de seda clonada sintéticamente.
La celulosa de la madera y la seda son biopolímeros que demuestran un gran potencial como futuros materiales sostenibles.
También tienen propiedades que se complementan y son aptas para combinarse en materiales compuestos donde la celulosa forma el elemento de rigidez y la seda la matriz resistente.
«Utilizamos pulpa de abedul, desintegrada para obtener nano fibrillas y éstas las alineamos en forma de un andamio firme. Al mismo tiempo, infiltramos esa estructura con una matriz adhesiva de seda de telaraña que es suave y disipa energía«, explicó Pezhman Mohammadi, científico investigador de VTT.
La seda es un producto natural que es secretado por animales como gusanos de seda y que también se encuentra en las telarañas.
Sin embargo, la seda utilizada por los investigadores de la Universidad de Aalto no fue realmente tomada de las secreciones de estos invertebrados sino producida por los científicos combinando bacteria y ADN sintético.
«Como conocemos la estructura del ADN, podemos copiarla y utilizarla para fabricar las moléculas de proteína de seda que son químicamente similares a las que se encuentran en los hilos de una telaraña«, indicó Linder. «El ADN contiene toda esta información«.
Nuevos compuestos
Los investigadores añadieron que su trabajo ilustra las nuevas y versátiles posibilidades de la ingeniería de proteínas.
«En el futuro, podríamos fabricar compuestos similares con materiales básicos ligeramente diferentes y lograr una colección de productos con características diferentes para otras aplicaciones«, dijo Pezhman Mohammadi.
«Actualmente, estamos trabajando en la producción de nuevos materiales compuestos como implantes, objetos resistentes a los impactos y otros productos«, concluyó el científico.
El proyecto investigativo es parte de un trabajo desarrollado por el Centro de Excelencia en Ingeniería Molecular de Materiales Híbridos Biosintéticos (Hyber).