Copian la receta de la naturaleza para crear nácar

Interior de nácar de una oreja de marEl nácar es la sustancia que puede verse en la capa interna del caparazón de muchos moluscos, como esta oreja de mar.

Copiando a la naturaleza, científicos en Inglaterra lograron sintetizar por primera vez madreperla. El nácar es la sustancia dura, blanca y brillante con reflejos iridiscentes que puede verse en la capa interna del caparazón de muchos moluscos. Esta sustancia las segregan estas especies para reparar su caparazón o cuando se introduce en ellos un cuerpo extraño.

Los recolectores de perlas colocan en estos organismos objetos que acaban recubiertos de nácar y convertidos en perlas. "Esencialmente, hemos creado una nueva receta para nácar utilizando el libro de cocina de la naturaleza", dijo Ulli Steiner, profesor del Departamento de Física del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, uno de los autores del estudio.

El nácar es un material orgánico-inorgánico estructurado en estratificaciones o láminas paralelas de carbonato cálcico cristalizado, un mineral, separado por capas de material orgánico. "Inorgánico en este contexto significa mineral, es decir, carbonato cálcico. Orgánico en este caso se refiere a las proteínas biogénicas del nácar o cuando se trata de nácar artificial, a polímeros", dijo el profesor Steiner.

"Los cristales tienen una forma que refleja su estructura atómica y es muy difícil de modificar. La naturaleza, sin embargo, puede lograrlo y en nuestra investigación buscamos comprender cómo produce estos materiales".

CAPAS POROSAS

Reproducir la estructura estratificada orgánica-inorgánica requiere esencialmente tres pasos, según explicó Steiner. El nácar está formado por estratificaciones de láminas de material inorgánico y orgánico. Las 3 etapas son: formación de carbonato cálcico amorfo, formación de capas intermedias orgánicas con poros de 10 nm (nanómetros o milmillonésimas de un metro) y por último la cristalización del carbonato cálcico.

El nácar está formado por estratificaciones de láminas de material inorgánico y orgánico. Foto: UWMEl nácar está formado por estratificaciones de láminas de material inorgánico y orgánico. Foto: UWM."La formación de capas bien definidas de carbonato cálcico amorfo que luego son cristalizadas en condiciones determinadas es importante, porque una falta de control en este proceso produce una estructura muy diferente de la estratificación característica del nácar", señaló Steiner.

Las capas inorgánicas están todas interconectadas por diminutos puentes entre las capas intermedias de material orgánico. Y para permitir que se formen estos puentes es necesario que las capas orgánicas tengan agujeros o poros de 10 nm.

Los puentes entre las diferentes capas inorgánicas hacen a su vez que toda la estructura estratificada sea más robusta. "Conseguir esto es muy difícil, porque capas tan finas con perforaciones no son termodinámicamente estables, es decir, tienden a quebrarse. Lo que logramos fue desarrollar una estrategia para superar este problema y crear capas porosas", señaló Steiner.

REVESTIMIENTOS

El proceso de sintetización es lento y dura varias horas, al igual que en la naturaleza, lo que puede ser una desventaja.

Pero uno de los beneficios principales es que tiene lugar a temperatura ambiente, utilizando materiales de bajo costo. En el futuro podría utilizarse este proceso para desarrollar revestimientos para endurecer y proteger, por ejemplo, plásticos.

Alex Finnemore, también investigador del Departamento de Física en el Laboratorio Cavendish, señaló que "si bien muchos materiales compuestos en ingeniería son superiores, este material sintético puede ser una opción para crear revestimientos y una vez optimizado, el procedimiento es simple y puede ser fácilmente automatizado".

EL NÁCAR, INESPERADO INDICADOR DE TEMPERATURAS Y PRESIONES PRETÉRITAS

El nácar es uno de los materiales más sorprendentes y útiles de la naturaleza. Producido por una multitud de especies de moluscos, es muy usado en la joyería y el arte. Se emplea en instrumentos musicales, muebles, estuches, botones y muchos más objetos. El nácar le otorga una lustrosa iridiscencia a los objetos cotidianos.

Ahora, el equipo de Pupa Gilbert, física en la Universidad de Wisconsin-Madison, y su colaborador Ian C. Olson, muestra que el nácar también puede ser aprovechado en beneficio de la ciencia como termómetro y sensor de presión, revelando la temperatura y la profundidad oceánicas bajo las cuales se formó el material.

Todos los demás indicadores de temperatura usados actualmente se basan en análisis químicos y en la concentración relativa de diferentes elementos o isótopos. El nácar podría ser el primer indicador puramente físico, en el cual la estructura microscópica del material indica la temperatura y presión máximas a las que vivió el molusco.

El nuevo estudio fue realizado usando nácar de moluscos modernos, pero el nácar está muy extendido en el registro fósil desde hace unos 450 millones de años. Si las técnicas usadas por el grupo de Wisconsin pueden ser aplicadas al nácar fósil, los científicos podrán comenzar a reconstruir con exactitud un registro mundial de temperaturas y presiones del pasado.

Fuente: NCYTBBC

 


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