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Las esponjas marinas podrían revolucionar la tecnología del vidrio.

vidrio

La tecnología para la conformación del vidrio requiere un tratamiento térmico a altas temperaturas de aproximadamente 1000 °C.

Por tanto, ha sido un misterio cómo es que ciertos organismos marinos pueden formar arquitecturas de vidrio (llamadas espículas) en agua fría.

Ahora, un artículo publicado recientemente en Science Advances por el profesor Emil Zolotoyabko, del Instituto Technion de Israel, y sus colegas en Alemania, encabezados por el Dr. Igor Zlotnikov, está ayudando a desentrañar ese misterio.

Utilizando los métodos de rayos X más avanzados, la nano-tomografía y la difracción de rayos X enfocada, disponible en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF, Grenoble, Francia), el grupo descubrió los principios de la morfogénesis de las espículas en ciertos tipos de esponjas marinas.

Las esponjas marinas son uno de los organismos multicelulares más antiguos.

Demospongiae y Hexactinellida, dos clases de esponjas, sintetizan elementos esqueléticos a base de sílice mineralizados, llamados espículas de vidrio, que proporcionan a los animales el soporte estructural y la resistencia mecánica que ayudan a protegerlos de su entorno.

Las espículas tienen una longitud de micras a milímetros y exhiben una diversidad de morfologías ramificadas tridimensionales altamente regulares que son un ejemplo de simetría en los sistemas biológicos.

Durante la formación de espículas, el proceso de deposición de sílice se modela mediante un filamento orgánico axial.

El filamento, de hasta 3 mm de diámetro, está compuesto predominantemente por proteínas enzimáticamente activas, la silicateína y sus derivados, que catalizan la bio-fabricación de sílice, el proceso está genéticamente controlado por células especializadas, llamadas esclerocitos.

Según los investigadores, el hallazgo más intrigante es que los bloques de proteínas en el filamento axial están dispuestos en una estructura tridimensional tipo cristal que tiene simetría hexagonal.

Los poros dentro de esta estructura están llenos de sílice amorfa.

Esta disposición espacial muy regular de bloques amorfos nano métricos da lugar a puntos muy definidos en el patrón de difracción de rayos X, que proporcionan información completa sobre la simetría de las espículas y el proceso de ramificación.

Por ejemplo, los investigadores encontraron que el eje principal de la espícula crece perpendicularmente al plano hexagonal de la base del enrejado proteico.

En algún punto, la ramificación del eje ocurre, dirigida por planos piramidales inclinados en aproximadamente 66° con respecto al plano del hexágono.

De esa manera, la forma tetrápoda de la espícula se produce guiada por las propiedades de simetría del cristal de proteína en el filamento axial.

Las divisiones adicionales también están determinadas por planos particulares en la red hexagonal.

“Al utilizar el filamento axial cristalino, la naturaleza ha dominado la fabricación de estructuras de vidrio extremadamente complejas a bajas temperaturas que supera ampliamente las capacidades de la tecnología humana actual”, dice el Prof. Zolotoyabko.

“Una mayor comprensión de cómo los organismos regulan los eventos de ramificación en los filamentos tiene el potencial de ser adoptada en la producción de materiales nanocristalinos tecnológicamente relevantes de formas complicadas para la nanoelectrónica.

Imitar recetas naturales en el laboratorio nos permitirá desarrollar una nueva tecnología de vidrio que trabaje a temperatura ambiente”.

 

 

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