Alison Sweeney, de la Universidad de Pensilvania, ha estado estudiando almejas gigantes desde que fue becaria postdoctoral en la Universidad de California, Santa Bárbara. Estos grandes moluscos, que se anclan a los arrecifes de coral en las aguas tropicales de los océanos Índico y Pacífico,puede crecer hasta tres pies de largo y pesar cientos de libras. Pero su tamaño no es lo único que los hace únicos.
Sweeney dice que cualquier persona que haya practicado esnórquel en Australia o en el océano Pacífico tropical occidental puede haber notado que las superficies de las almejas gigantes son iridiscentes y parecen brillar ante el ojo desnudo. Las células brillantes en la superficie de la almeja se dispersanluz solar brillante, que generalmente corre el riesgo de causar daños fatales a la célula, pero las almejas convierten eficientemente la luz solar en combustible. Utilizando lo que aprenden de estas almejas gigantes, los investigadores esperan mejorar el proceso de producción de biocombustible.
Sweeney, profesora asistente de física en la Escuela de Artes y Ciencias de Penn, y su colaboradora Shu Yang, profesora de ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, se refieren a las almejas como "transformadores solares" porqueson capaces de absorber la luz solar brillante a una velocidad muy alta y dispersarla sobre una gran superficie. Cuando la luz se distribuye uniformemente entre la gruesa capa de algas que viven dentro de la almeja, las algas la convierten rápidamente en energía.
"Lo que están haciendo esas células brillantes", dice Sweeney, "está causando que la luz se propague muy profundamente en el tejido de la almeja y se extienda".
Después de encontrar el trabajo de Sweeney, Yang entabló una colaboración para ver si podían imitar el sistema abstrayendo los principios del proceso de la almeja para crear un material que funciona de manera similar. Ella y la estudiante de doctorado Hye-Na Kim idearon unmétodo para sintetizar nanopartículas y agregarlas a una emulsión una mezcla de agua, aceite y moléculas jabonosas llamadas surfactantes para formar microperlas que imitan los iridocitos, las células en almejas gigantes responsables de la transformación solar. Su papel ha sido aceptado Materiales avanzados .
Sweeney comparó el proceso con hacer una vinagreta de ensalada. Cuanto más la sacude una persona, más pequeñas son las gotas de aceite en el aderezo. Si se toman nanopartículas, agréguelas a la emulsión de aceite y agua y agítelo a la velocidad correcta, el tamaño de la gota se puede controlar. Después de hacer una caracterización óptica de las cuentas, los investigadores descubrieron que funcionan de manera muy similar a las células de la almeja.
Las iroditas, las células "brillantes" en la superficie de las almejas, hacen que la luz se propague muy profundamente en el tejido de la almeja y se extienda. Cuando la luz se distribuye uniformemente entre la gruesa capa de algas que viven dentro de la almeja, las algas se convierten rápidamentela luz en energía
"Es muy eficiente, y es muy difícil de lograr", dice Yang. "La gente está tratando de hacer esto diseñando nanopartículas, pero usted necesita hacer mucha síntesis y encontrar formas de controlar con precisión su tamaño, forma y ópticapropiedades, lo que se vuelve complicado y costoso. Nuestro método es simple y económico y al mismo tiempo logra mejores resultados que todos estos otros sistemas ".
El siguiente paso de los investigadores es tratar de imitar la organización de las algas dentro de las almejas haciendo que las algas crezcan en pilares de gel. Una vez que descubran cómo hacerlo, esperan casarse con sus iridocitos artificiales y las algas ymida el sistema para ver si puede producir combustible con la misma alta eficiencia que la almeja gigante.
Si tiene éxito, el método puede usarse para la fotosíntesis para mejorar la eficiencia de la producción de biocombustibles. También puede usarse en paneles solares para generar, almacenar o prevenir el calor para permitir un mejor control de la temperatura en los edificios.
"Es emocionante ver las formas inteligentes y no intuitivas que la vida ha creado para resolver problemas", dice Sweeney. "Por lo general, la evolución es mucho más inteligente que los ingenieros humanos, y el truco es hacer preguntas inteligentes sobrequé problema de diseño se está resolviendo en cada caso evolutivo. Es descubrir estas estrategias de diseño realmente inteligentes que no se obtendrían con un enfoque humano de arriba hacia abajo ".
Esta investigación fue apoyada por National Science Foundation / INSPIRE Grant No. IOS-1343159.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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