En la fabricación de materiales, la naturaleza, en su evolución, ha encontrado que la estrategia de mezclar componentes orgánicos con inorgánicos a escala nanométrica resulta en compuestos con mejores propiedades. Un ejemplo de esto es la concha de Abulón, cuya masa está compuesta por carbonato de calcio en un 98% y por proteínas en un 2%. Este material es 3000 veces más duro que si sólo estuviera formado por el componente inorgánico (el carbonato cálcico). La clave de esta dureza excepcional reside en el que hecho de que se construyen a escala nanométrica.
Diminutas baldosas de carbonato cálcico se superponen unas a otras formando capas y entre las capas se sitúa una sustancia pegajosa formada por la proteína. Cuando se golpea la concha, las baldosas se deslizan en vez de de hacerse añicos y la proteína se estira para absorber la energía del golpe.
Instrucciones del código genético
Por una parte, podemos imitar a la naturaleza en la composición y mezcla de estos diferentes tipos de materiales para conseguir fabricar cerámicas más duras. Por otra parte podemos hacer algo aún más sofisticado: nos podemos inspirar en cómo la naturaleza consigue este material tan fabuloso, en condiciones normales, a temperatura ambiente, sin utilizar químicos tóxicos y sin emitir materiales contaminantes al medio ambiente. Para construir este fascinante compuesto, la naturaleza utiliza seres vivos. Estos conocen perfectamente las instrucciones para su fabricación gracias al código genético. Cuando el abulón macho y hembra copulan, transmiten a la siguiente generación las instrucciones para hacer un material tan extraordinario.
En esta dirección se está moviendo parte de la investigación actual en nanociencia y nanotecnología. Varios científicos se plantean si pueden convencer a seres sencillos como virus o bacterias no infecciosos para que construyan estructuras útiles para nosotros. Se trata de domesticar a los virus para que, utilizando su material genético, construyan nanohilos, baterías o células solares.
Los virus, esos nuevos nanotrabajadores no remunerados
Se ha conseguido que virus no patógenos puedan usarse como moldes para la síntesis dirigida de nanohilos magnéticos y semiconductores. Mediante la modificación genética de virus se consigue que ciertos péptidos (proteínas pequeñas) aparezcan en la superficie del virus. Estos péptidos adsorben de medio líquido los elementos de interés y se forman monocristales (ZnS, CdS, CoPt, FePt...) en esa misma superficie. Un calentamiento posterior elimina los virus pero induce la formación de los nanohilos.
Una científica del MIT también está consiguiendo que virus no dañinos fabriquen nanomateriales que pueden ser usados como baterías, células solares o catalizadores para separar los componentes del agua.
¿Se usarán virus no infecciosos para producir energía?
Imitando el proceso de la fotosíntesis, en el que las plantas utilizan el agua, el dióxido de carbono y la luz del sol para producir la energía que les ayuda a crecer, investigadores han conseguido, utilizando luz, separar el oxigeno del agua de una forma cuatro veces más eficiente que sin utilizar virus. El objetivo es utilizar un procedimiento similar que produzca hidrógeno con la misma eficiencia. Este hidrógeno podría ser almacenado y utilizado para producir electricidad.
Transportándola a lo largo del virus. Mediante la modificación de un segundo gen, la superficie del virus adsorbe un material inorgánico que induce la separación del agua en sus componentes: oxígeno e hidrógeno.
Fabricación de células solares
Mediante su modificación genética, los virus son capaces de adherir nanotubos de carbono, depositar una capa de dióxido de titanio a su alrededor y utilizarlo como método para que los electrones transiten a lo largo del dispositivo. Mediante esta estrategia se ha conseguido aumentar la eficiencia de este tipo de células solares del 8% al 11%.
Es muy improbable que estas aplicaciones que requieren la 'domesticación de virus' sean comerciales en un futuro cercano, sin embargo, este tipo de investigación nos ayuda no sólo a entender cómo la naturaleza fabrica los materiales sino también a intentar aprovechar los beneficios de esta forma de producción.
Mónica Luna es investigadora en Nanociencia y Nanotecnología del Instituto de Microelectrónica de Madrid (CNM-CSIC).
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