Las mandíbulas de hierro del larva – ScienceDaily

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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, solo ahora se han descifrado algunas de sus características especiales: sus mandíbulas están hechas de un material extraordinariamente estable y el secreto de esta estabilidad ahora puede explicarse mediante los experimentos en TU Wien en colaboración con Max Perutz Labs.

Los átomos de metal, que están incrustados en 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 producir nuevos materiales utilizables industrialmente de forma natural.

Átomos de un solo metal

“Los materiales de los que están hechos los vertebrados están bien estudiados”, dice el prof. Christian Hellmich del Instituto de Mecánica de Materiales y Estructuras de la TU Wien. “Los huesos, por ejemplo, están muy estructurados jerárquicamente: hay partes orgánicas y minerales, pequeñas estructuras se combinan para formar estructuras más grandes, que a su vez forman estructuras aún más grandes”.

Es diferente con los gusanos. 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 oro o flancos de titanio artificiales: el gusano de cerdas usa metales como magnesio o zinc en forma de átomos individuales que están incrustados en una estructura de proteína.

“Por sí mismo, el hecho de que haya átomos de metal en la mandíbula de la cerda no explica sus excelentes propiedades materiales”, dice Christian Hellmich. Las propiedades típicas conocidas de los metales cotidianos, además de su dureza y elasticidad, especialmente su tenacidad, se crean en última instancia solo a través de la interacción de muchos átomos. Se crean superficies deslizantes a lo largo de las cuales los átomos se mueven unos contra otros. Esto se puede estudiar con los llamados ensayos de nanoindentación: se ejerce una fuerza sobre el material de forma bien definida y luego se estudian las deformaciones resultantes. Sorprendentemente, se descubrió que el material de las mandíbulas de cerdas se comportaba de manera muy similar al metal.

Un material antiguo de alto rendimiento

“El principio de construcción que hizo que las mandíbulas de gusanos de cerdas fueran 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. “Los iones metálicos se incorporan directamente a las cadenas de proteínas y, por lo tanto, aseguran que las diferentes cadenas de proteínas se mantengan juntas”. De esta manera, el gusano puede producir formas tridimensionales a partir de una matriz proteica 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 frágil y quebradizo.

“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 utilizó técnicas de ciencia de materiales para examinar las diminutas mandíbulas. “Aquí estamos tratando con un material completamente diferente, pero es interesante notar que los átomos de metal todavía proporcionan resistencia y deformabilidad allí, como en una pieza de metal”.

Si bien los metales producidos industrialmente solo se pueden producir utilizando 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, mucho más eficiente y respetuosa con el medio ambiente de lo que podemos hoy”.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Viena. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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