Nuevos materiales inspirados en la naturaleza

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Ingenieros y biólogos se alían para copiar de la naturaleza soluciones contrastadas y crear tejidos superhidrofóbicos, superficies autorreparables y un sinfín de materiales con propiedades maravillosas

Desde su aparición en este planeta hace unos 3,5 millones de años, la vida ha funcionado ininterrumpidamente a modo de un banco de pruebas cuyas creaciones debían pasar el exigente test de idoneidad que ejecuta la selección natural. Dichas innovaciones representan soluciones fiables y probadas para los retos que el entorno impone a los organismos que las asimilan. Pero no solo para ellos. Científicos e ingenieros se inspiran en compuestos surgidos de años de evolución para crear nuevos materiales y superficies con propiedades interesantes. ¿Por qué partir de cero cuando se pueden tomar prestadas innovaciones ya existentes en la naturaleza? Son los denominados materiales biomiméticos o bioinspirados.

A estas alturas no es ninguna novedad que el ser humano ponga sus ojos en el entorno natural para plagiar soluciones eficaces adaptables a sus propias necesidades. Una red de pesca puede ser vista como una imitación de la naturaleza, probablemente el resultado de la observación de la telaraña; ambas tienen similitudes estructurales y la misma función de atrapar presas. Lo mismo puede decirse de las aletas de buceador, claramente inspiradas en las ancas de la rana y otras especies nadadoras.

Escala nanométrica

Con el desarrollo de las técnicas para conocer y manipular la materia a escala nanométrica, los científicos pueden ahora, por primera vez, acceder a los secretos mejor guardados de la naturaleza y alumbrar nuevos materiales con funcionalidades de gran utilidad. ¿De qué materiales y propiedades estamos hablando? Francisco del Monte, investigador del Grupo of Materiales Bioinspirados del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, lo especifica:

“Materiales inteligentes que responden a un estímulo (luz, temperatura, cambios de humedad, de pH, etc.). Un ejemplo de ello en la naturaleza es el cambio de color de camaleones y pulpos”, explica Del Monte.

Otros materiales interesantes son los superhidrofóbicos y, por tanto, autolimpiables, que imitan la capacidad de la flor de loto para repeler el agua. Es el caso de un producto ya comercializado, la pintura Lotusan, que confiere a la superficie donde se aplica la capacidad de autolimpiarse.

Otros materiales interesantes son los superhidrofóbicos y, por tanto, autolimpiables, que imitan la capacidad de la flor de loto para repeler el agua. Es el caso de un producto ya comercializado, la pintura Lotusan, que confiere a la superficie donde se aplica la capacidad de autolimpiarse

“Hay también combinaciones de estos con los primeros, de manera que la capacidad autolimpiable se active mediante un estímulo externo”, señala el investigador español. “También materiales adhesivos tanto en medios secos como húmedos, inspirándose, en el primer caso, en las patas de las salamanquesas y, en el segundo, en el mecanismo de adhesión de los mejillones. También están los materiales capaces de autorrepararse, como lo hace un organismo biológico. Y, por último, las superficies ópticas capaces de emitir selectivamente una longitud de onda en función de la capacidad de su estructura para filtrar selectivamente la luz recibida, emulando la estructura de las alas de las mariposas Morpho”, relata Del Monte.

Pero copiar lo que hace la naturaleza a través de nuevos materiales tiene una aplicación clara en el campo de la medicina y, de hecho, gran parte de la investigación actual en este campo se dirige precisamente a lograr soluciones aplicables principalmente en la medicina regenerativa. Así lo constata Daniel Aili, investigadora de la Linköping University en Suecia, que trabaja en el diseño y desarrollo de nuevos componentes a nanoescala para la fabricación de materiales funcionales por autoensamblaje.

“Se está dedicando mucho esfuerzo a desarrollar biomateriales más inteligentes para aplicar en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa. Los materiales dinámicos, modulables y sensibles que puedan bien reclutar o bien transportar señales con instrucciones celulares son temas candentes”, explica Aili.

Es el caso de los materiales que sirven de andamiaje molecular para la regeneración ósea; materiales con propiedades osteoinductoras, que permiten al organismo volver a generar hueso para, por ejemplo, integrar un implante dental o de otro tipo, mediante el reclutamiento de células osteogénicas. La misma aproximación sirve para otro tipo de tejidos.

Ensamblaje molecular

La perspectiva nano ha sido “vital” para el desarrollo de los materiales biomiméticos, en palabras de Aili. “Estas herramientas nos permiten emplear moléculas similares a las biomoléculas para hacer materiales nanoestructurados utilizando los mismos mecanismos de montaje que los organismos biológicos. O también podemos observar nanoestructuras naturales con propiedades deseables y tratar de reproducirlas utilizando, por ejemplo, técnicas como la litografía o el autoensamblaje”, señala Aili.

Por su parte, Del Monte recuerda que la bioinspiración no está limitada al mundo nano, sino que cubre todas las escalas. No solo eso, sino que atañe también a la forma de obtención del propio material de que se trate. “La sostenibilidad es una de las principales características de la naturaleza y desarrollar procesos de producción sostenibles puede considerarse también biomimética. En este sentido, la biomimética entronca con lo que se conoce como química verde”, apunta Del Monte.

Cuentan que tras la muerte de Richard Feynman en 1988 encontraron en su pizarra una frase que había escrito poco antes: “What I cannot create, I do not understand” (No puedo entender aquello que no soy capaz de crear), una especie de resumen de su legado científico que bien podría servir de declaración de intenciones para aquellos científicos que dedican sus esfuerzos a imitar materiales creados por la naturaleza: recrear la naturaleza o la vida misma es, tal vez, el mejor modo de llegar a entenderlas.

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