Servicio de Información Comunitario sobre Investigación y Desarrollo - CORDIS

Ensamblado biomimético de elementos básicos con estructura nanométrica

La imitación de los procesos naturales de ensamblado y mineralización es una de las estrategias seguidas para diseñar dispositivos multifuncionales inteligentes. En el marco de un proyecto financiado con fondos europeos se aprovechó esa estrategia novedosa para producir de forma flexible dispositivos de filtrado para intercambiadores de calor y humedad, andamios dentales y tejidos fotovoltaicos.
Ensamblado biomimético de elementos básicos con estructura nanométrica
Los procesos de mineralización que imitan a la naturaleza se basan en la nucleación heterogénea de las fases inorgánicas nanométricas, como el fosfato o carbonato de calcio, sobre matrices orgánicas tridimensionales de ensamblaje complejo, lo cual es posible gracias al intercambio de información a nivel molecular. Son muchos los organismos vivos en los que se aplica este proceso para construir estructuras de sostén y protección (como los exoesqueletos en insectos y moluscos y los endoesqueletos en mamíferos).

Ahora se han creado unos procedimientos químicos ecológicos para la activación en el laboratorio de los mecanismos de control subyacentes a dichos complejos fenómenos de ensamblado, de tal manera que se pueda dirigir de forma flexible la formación controlada de materiales híbridos nuevos y así lograr que las nanopartículas sean de un tamaño crítico. Algunas aplicaciones posibles son el calentamiento y la humectación controlados de gases médicos, los andamios para la regeneración de tejidos dentales y circuitos fotovoltaicos fibrosos que integrar en nuevas celdas solares sensibilizadas por colorante.

Estos nuevos procesos, inspirados en la naturaleza, para desarrollar dispositivos multifuncionales inteligentes que tengan una amplia aplicación en sanidad, medio ambiente, energía y seguridad se conformaron gracias a la labor realizada en una iniciativa financiada con fondos europeos llamada SMILEY (Smart nano-structured devices hierarchically assembled by bio-mineralization processes).

Una de las ventajas de estos procesos es el uso de materia prima ecológica y abundante como son ciertos polímeros y fibras naturales. Estos materiales se combinan por inducción de la formación de enlaces químicos o físicos entre diferentes biopolímeros o fibras naturales, generándose así matrices biopoliméricas de compuestos que se utilizan para formular elementos básicos nanométricos, los cuales posteriormente se ensamblan y mineralizan con procesos que imitan a los naturales. En este sentido, se examinaron y estudiaron los materiales y procesos que podrían servir, y se continuó el trabajo con los compuestos más adecuados.

Los investigadores construyeron prototipos de los dispositivos para el intercambio de calor y humedad con propiedades de filtrado del aire. Estos intercambiadores se pueden utilizar para humectar y calentar los gases salientes de los ventiladores pulmonares (usados en pacientes que precisan asistencia respiratoria). Además de desempeñar una función importante en los procesos de producción, los filtros de aire sirven en otras situaciones, como en los desastres naturales, demolición de edificios o ataques bélicos.

Además, el equipo de investigadores desarrolló andamios o matrices que imitan algunos tejidos que son importantes para la reparación dental, incluido el periodonto (hueso alveolar, ligamento periodontal y cemento) y la dentina. Actualmente, la regeneración dental es un tratamiento clínico necesario que aún no puede realizarse y que propiciaría una importantísima mejora de la calidad de vida de la población europea. En efecto, es probable que se incremente la pérdida de piezas dentales y, con ello, la alteración de las funciones orales y ciertos efectos secundarios a nivel sistémico, y la nueva biotecnología desarrollada en SMILEY permitirá retener toda la movilidad y capacidad de masticación incluso a edades avanzadas.

El equipo de trabajo también investigó diferentes fibras naturales y modificaciones de superficie para activar los grupos funcionales de la superficie, lo que permite la nucleación heterogénea de las nanofases inorgánicas. En base a esto, se diseñaron nuevos materiales con propiedades fotovoltaicas y se produjeron prototipos de fotoánodos fibrosos. El desarrollo de nuevos compuestos fotovoltaicos variables contribuirá de manera importante a superar las limitaciones actuales en lo que respecta a la producción de energía cuando estos formen parte de prendas de vestir, cortinas, edificios o invernaderos.

A través del proyecto SMILEY se diseñaron nanomateriales que imitan los procesos naturales que se utilizarán en dispositivos que brindan soporte y protección tanto al medio ambiente como a la población.

Información relacionada

Palabras clave

Mineralización bioinspirada, andamios dentales, tejidos fotovoltaicos, dispositivos nanoestructurados, filtros de aire
Síganos en: RSS Facebook Twitter YouTube Gestionado por la Oficina de Publicaciones de la UE Arriba