Las diatomeas construyen cajas fuertes e intrincadas utilizando proteínas para organizar los minerales.

Introducción

Es fácil imaginar que las cosas demasiado pequeñas para que el ojo las vea no son muy interesantes. En realidad, entre las estructuras más intrincadas, fascinantes e inspiradoras que existen se encuentran las conchas de organismos microscópicos unicelulares conocidos como diatomeas. Las diatomeas, que se encuentran en todo el mundo en lagos, ríos y océanos, extraen la silicona mineral del agua que las rodea y la transforman en recipientes asombrosamente intrincados, cuya forma varía de una especie a otra. Este material es el más fuerte por su peso conocido en la naturaleza. Y le da a sus dueños una variedad de beneficios. Protege de los depredadores. Puede usar sus propiedades similares a lentes para convertir la luz ultravioleta dañina en rayos que los microbios pueden recolectar para obtener energía. Y puede permitir la entrada selectiva de nutrientes mientras filtra los organismos nocivos.

El proceso de elaboración de una frústula se parece a una línea de montaje con varias proteínas como trabajadores de la línea.

La estrategia

Las diatomeas fabrican para sí mismas una concha, llamada frustular, de silicona, el material del que se fabrica el vidrio y gran parte de la arena del mundo. Cada frústula consta de una parte superior e inferior que encajan como una caja de dulces. Y cada especie de diatomea forma una estructura de una forma característica (circular, rectangular, incluso en forma de estrella) con un patrón característico de poros. La combinación de poros y material sólido le da a las cubiertas una resistencia estructural notable por su peso. La forma en que están estructurados también ayuda a mantener las diatomeas cerca de la superficie del agua, protege a las diatomeas de las bacterias y los virus, y convierte la dañina luz ultravioleta en una longitud de onda que las diatomeas pueden usar para realizar la fotosíntesis.

El proceso de elaboración de un frústulo se asemeja a una cadena de montaje con varios s como los trabajadores de línea. Proteínas conocidas como transportadores de ácido silícico mover el silicio del agua circundante a una estructura similar a una bolsa dentro de la celda llamada vesícula de depósito de sílice. Allí, otras proteínas unen los átomos de silicona para formar una estructura dura. Algunas proteínas, llamadas silafinas, hacer pedacitos con poros diminutos. Otros, llamados pleuralinas, ayudar a conectar las partes superior e inferior de la caja. Sin embargo, otros, conocidos como cingulinos, ayude a hacer bandas que envuelvan la estructura y la mantengan unida. un azúcar conocido como quitina ofrece fuerza adicional. Finalmente, la diatomea recubre la estructura con materiales orgánicos conocidos como poliaminas de cadena larga. Los científicos creen que estos ayudan a crear formas personalizadas para varias especies.

Las posibilidades

El potencial biomimético que ofrecen las frustulas de diatomeas es prácticamente infinito. La construcción porosa ofrece ideas para crear materiales fuertes pero livianos para aplicaciones en aeronáutica, transporte marítimo, equipos recreativos y más. La capacidad de alterar la longitud de onda de la luz podría usarse para hacer que la captura de energía solar sea más eficiente. El mecanismo de colocar material con precisión siguiendo la plantilla de las diatomeas podría informar la impresión 3D de nanoestructuras que podrían usarse para filtrado, administración de medicamentos, nanorobótica, lentes, sensores, microelectrónica y otros usos. Y emular las capacidades de construcción de las diatomeas podría proporcionar arena con propiedades personalizadas para su uso en limpiadores, materiales para carreteras y más.

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Última actualización 16 de junio de 2021