Los gusanos de cerdas se encuentran en casi todas partes en el agua de mar, han poblado los océanos durante cientos de millones de años. Sin embargo, algunas de sus características especiales solo ahora se han descifrado: sus mandíbulas están hechas de material notablemente estable, y el secreto de estoLa estabilidad ahora se puede explicar mediante experimentos en TU Wien en cooperación con Max Perutz Labs.
Los átomos metálicos, que se incorporan a la estructura proteica del material, juegan un papel decisivo. Hacen que el material sea duro y flexible al mismo tiempo, muy similar a los metales comunes. La investigación adicional sobre esta clase de materiales tiene como objetivo producirmateriales novedosos, utilizables industrialmente de forma natural.
átomos de metal individuales
"Los materiales de los que están hechos los vertebrados están bien investigados", dice el profesor Christian Hellmich del Instituto de Mecánica de Materiales y Estructuras de TU Wien. "Los huesos, por ejemplo, están muy estructurados jerárquicamente: hay partes orgánicas y minerales, las estructuras diminutas se combinan para formar estructuras más grandes, que a su vez forman estructuras aún más grandes ".
Es diferente con los gusanos de cerdas. Sus mandíbulas son extremadamente fuertes e irrompibles, pero no contienen gránulos minerales como los huesos de los vertebrados. En cambio, contienen metales. Por supuesto, esto no tiene nada que ver con objetos de metal puro como dientes de oroo caderas artificiales hechas de titanio: el gusano de cerdas usa metales como magnesio o zinc en forma de átomos individuales que se incorporan en una estructura de proteína.
"Por sí solo, el hecho de que haya átomos de metal en la mandíbula del gusano de cerdas no explica sus excelentes propiedades materiales", dice Christian Hellmich. Las propiedades típicas conocidas de los metales comunes, además de su dureza y elasticidad, sobre todo sutenacidad: en última instancia, solo se crean a través de la interacción de muchos átomos. Se crean superficies deslizantes a lo largo de las cuales los átomos se mueven entre sí. Esto se puede investigar con las llamadas pruebas de nanoindentación: se ejerce una fuerza sobre el material de una manera definida con precisióny luego se estudian las deformaciones resultantes. Sorprendentemente, resultó que el material de la mandíbula del gusano de cerdas se comporta de manera muy similar al metal.
Un material antiguo de alto rendimiento
"El principio de construcción que ha hecho que las mandíbulas de gusano de cerdas sean tan exitosas aparentemente se originó hace unos 500 millones de años", dice Florian Raible de Max Perutz Labs, una empresa conjunta de la Universidad de Viena y la Universidad Médica de Viena. "El metalLos iones se incorporan directamente en las cadenas de proteínas y luego aseguran que las diferentes cadenas de proteínas se mantengan juntas ". De esta manera, el gusano de cerdas puede producir formas tridimensionales a partir de una matriz de proteína particularmente estable.
Al mismo tiempo, esta estructura también permite la deformación: cuando se ejerce una fuerza externa sobre el material, las cadenas de proteínas pueden deslizarse unas sobre otras. El material permite deformaciones elastoplásticas, en lugar de ser quebradizas y frágiles.
"Es precisamente esta combinación de alta resistencia y deformabilidad la que normalmente es característica de los metales", dice Luis Zelaya-Lainez, autor principal del estudio, quien usó técnicas de ciencia de materiales para examinar las diminutas mandíbulas. "Aquí estamos tratando con unmaterial completamente diferente, pero curiosamente, los átomos de metal todavía proporcionan resistencia y deformabilidad allí, al igual que en una pieza de metal. "
Mientras que los metales fabricados industrialmente solo se pueden producir usando una gran cantidad de energía, el gusano de cerdas logra una hazaña similar de una manera mucho más eficiente. "La biología podría servir de inspiración aquí, para tipos de materiales completamente nuevos", espera Hellmich."Quizás incluso sea posible producir materiales de alto rendimiento de forma biológica, de manera mucho más eficiente y respetuosa con el medio ambiente de lo que gestionamos hoy".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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