Inspirados por las características extraordinarias del pelaje del oso polar, las hojas de loto y los pies de geco, los investigadores de ingeniería han desarrollado una nueva forma de fabricar matrices de nanofibras que podrían brindarnos recubrimientos pegajosos, repelentes, aislantes o emisores de luz, entre otras posibilidades.
"Esto está tan alejado de todo lo que he visto que hubiera pensado que era imposible", dijo Joerg Lahann, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan y autor principal del estudio en la revista ciencia .
Investigadores de la UM y la Universidad de Wisconsin hicieron el descubrimiento algo fortuito, que reveló un método nuevo y poderoso para hacer series de fibras que son cientos de veces más delgadas que un cabello humano.
Los pelos de los osos polares están estructurados para dejar entrar la luz mientras se evita que el calor se escape. Las hojas de loto que repelen el agua están cubiertas con una serie de túbulos microscópicos cerosos. Y los pelos a nanoescala en el fondo de los pies de gecko que desafían la gravedad se acercan tanto a otras superficiesque las fuerzas atómicas de atracción entran en juego. Los investigadores que buscan imitar estos superpoderes y más han necesitado una forma de crear las minúsculas matrices que hacen el trabajo.
"Básicamente, esta es una forma completamente diferente de hacer matrices de nanofibras", dijo Lahann.
Los investigadores han demostrado que sus nanofibras repelen el agua como las hojas de loto. Crecieron fibras rectas y curvas y probaron cómo se unían como Velcro, descubriendo que las fibras retorcidas en sentido horario y antihorario se unían con más fuerza que dos conjuntos de fibras rectas.
También experimentaron con propiedades ópticas, haciendo un material que brillaba. Creen que será posible hacer una estructura que funcione como piel de oso polar, con fibras individuales estructuradas para canalizar la luz.
Pero las alfombras moleculares no eran el plan original. El grupo de Lahann estaba trabajando con el de Nicholas Abbott, en ese momento profesor de ingeniería química en UW-Madison, para colocar películas delgadas de moléculas en forma de cadena, llamadas polímeros, en la parte superiorde cristales líquidos. Los cristales líquidos son más conocidos por su uso en pantallas como televisores y pantallas de computadora. Intentaban fabricar sensores que pudieran detectar moléculas individuales.
Lahann aportó la experiencia en la producción de películas delgadas, mientras que Abbott dirigió el diseño y la producción de los cristales líquidos. En experimentos típicos, el grupo de Lahann evapora enlaces individuales en la cadena y los convence para que se condensen en las superficies. Pero las películas de polímero delgadas a veces not materializarse como se esperaba.
"El descubrimiento refuerza mi opinión de que los mejores avances en ciencia e ingeniería ocurren cuando las cosas no salen según lo planeado", dijo Abbott. "Solo hay que estar alerta y ver los experimentos fallidos como oportunidades".
En lugar de recubrir la parte superior del cristal líquido, los enlaces se deslizaron dentro del fluido y se conectaron entre sí en el portaobjetos de vidrio. El cristal líquido guió las formas de las nanofibras que crecían desde la parte inferior, creando alfombras a nanoescala.
"Un cristal líquido es un fluido relativamente desordenado, pero puede moldear la formación de nanofibras con longitudes y diámetros notablemente bien definidos", dijo Abbott.
Y no solo hicieron hebras rectas. Dependiendo del cristal líquido, podrían generar fibras curvas, como plátanos microscópicos o escaleras.
"Tenemos mucho control sobre la química, el tipo de fibras, la arquitectura de las fibras y cómo las depositamos", dijo Lahann. "Esto realmente agrega mucha complejidad a la forma en que podemos diseñar superficies ahora;no solo con películas delgadas bidimensionales sino también en tres dimensiones "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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