Los materiales biológicos proporcionan una fuente de inspiración única para el diseño de materiales análogos de alto rendimiento. En particular, las estructuras biológicas tolerantes al daño integran componentes duros y blandos dispuestos jerárquicamente en compuestos con fases múltiples de dimensiones características que van desde la escala nano hasta la macroscópica. Estas estructuras complejas dotan a los biocompuestos naturales de una combinación de resistencia, rigidez y tenacidad crucial para sus funciones fisiológicas. En el artículo Bioinspired Functionally Graded Composite Assembled Using Cellulose Nanocrystals and Genetically Engineered Proteins with Controlled Biomineralization (Advanced Materials, 01/09/21) investigadores del VTT Technical Research Center of Finland Ltd, informan sobre una nueva clase de nanocompuestos multifase inspirados biológicamente con una estructura graduada que imita características del camarón mantis. Se utilizó celulosa en reemplazo de la quitina, proteínas artificiales con módulos de unión de celulosa (CBM) y del dominio ácido de CMP-1 regulador de la biomineralización, y apatita, material fuerte capaz de tolerar el daño.
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| Crédito: Pezhman Mohammadi y col. Advances Materials (1/7/21) |
El compuesto resultante consiste en nanocristales de celulosa (CNC) con organización helicoidal de largo alcance mezclados con dos tipos de matrices de proteínas diseñadas genéticamente. Una proteína ubicada espacialmente en la región interior de la corona contiendo CBM fue diseñada racionalmente para aumentar su fuerza interfacial con la red de CNC. La segunda proteína se diseñó para producir CMP-1 (caseinomacropéptido con valiosas propiedades bioactivas) para endurecer, fortalecer la superficie de los CNC orientados al mediar la nucleación y el crecimiento de cristales de apatita. El compuesto se utilizó para realizar coronas de implante dental con patrones periódicos de orientación de microrrefuerzo y una arquitectura de dos capas similar a los dientes humanos. La capacidad de regular el crecimiento de cristales dentro de la estructura nemática quiral de los CNC utilizando dominios de mineralización para lograr tanto un diseño microestructural graduado como el endurecimiento de la superficie no se había logrado previamente en compuestos de ingeniería. Lo propuesto ampliará el espectro de fabricación de materiales y la creación de prototipos para aplicaciones ortopédicas, reparación de huesos y bioingeniería.
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