Ingeniería de materiales inspirada en las conchas de los moluscos

Las conchas de los moluscos están hechas casi por completo de carbonato de calcio, una sustancia que a priori no destaca como material resistente. Sin embargo, las conchas son lo bastante robustas como para proteger a sus inquilinos del atenazamiento con las pinzas de una langosta hambrienta u otros peligros.

Es asombroso ver cómo organismos relativamente simples tienen un modo tan sofisticado de producir materiales funcionales a partir de estos ingredientes básicos, a temperatura y presión normales.

El trabajo de investigación que se realiza en el ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) en Francia, con científicos como Boaz Pokroy del Instituto Tecnológico de Israel (Technion) y Anna Schenk de la Universidad de Leeds en el Reino Unido, está revelando algunos de los secretos de esta asombrosa ingeniería de materiales usada por la naturaleza.

El secreto de la biomineralización radica en cómo una pequeña cantidad de material orgánico, como por ejemplo una proteína, es incorporada a la estructura cristalina de un mineral en vez de actuar simplemente como pegamento entre subestructuras. Los experimentos realizados en el ESRF durante los últimos cinco años muestran que las proteínas son incorporadas al carbonato de calcio a escala atómica. Pero no se conoce cómo se desarrolla exactamente este proceso, el cual da a las conchas sus impresionantes propiedades mecánicas.


Los experimentos en el ESRF han dado pasos importantes hacia el esclarecimiento de estos misterios. El equipo de Pokroy, que también incluye a Emil Zolotoyabko del Technion y Andy Fitch del ESRF, ha mostrado, por ejemplo, que los polímeros introducen diferentes tensiones en la retícula, y por tanto distintas distorsiones en el cristal mineral. Además de proporcionar a los geólogos una técnica para distinguir con eficacia entre la versión exclusivamente geológica del material y la versión biológicamente modificada, este conocimiento científico podría ayudar a identificar qué ajustes hay que hacer en materiales artificiales para lograr que adquieran propiedades como las de esos tan envidiados materiales biológicamente modificados.

El fosfato de calcio asociado a ciertas clases de hidrogel, por ejemplo, puede ser usado para crear materiales biocompatibles destinados a implantes de prótesis óseas. Pero también existe la posibilidad de que este crecimiento mineral regulado por aditivos pueda ser transferido a óxidos metálicos o semiconductores para crear materiales con propiedades mecánicas mejores, o quizás completamente nuevas. La naturaleza autorreparadora de las conchas de los moluscos podría conducir incluso al diseño de materiales inteligentes que se reparen por sí mismos después de sufrir algún daño.