Materiales autodestructivos

Esta molécula desaparecerá en 10, 9, 8 ...

Los científicos han creado un nuevo material que simplemente se autodestruye en un momento específico. El proceso, que se inspira en la forma en que la vida utiliza y reutiliza las moléculas, podría allanar el camino para materiales que no necesitan ser reciclados, sino simplemente desintegrarse en un momento determinado. El hallazgo podría conducir a varios productos, incluyendo estructuras para entrega de fármacos, anclajes de trasplante y tinta de desaparición.

El secreto detrás de estas moléculas autodestructivas es que requerirían una entrada minúscula de energía para permanecer en su forma útil - sin él, ellos ... poof.

"Son materiales que no quieren ser ese tipo de material, prefieren ser los bloques de construcción originales", dijo Job Boekhoven, coautor del estudio, químico de la Universidad Técnica de Munich en Alemania. "Prefieren desmoronarse y no ser nada". [Biomimicry: 7 tecnologías frescas inspiradas por la naturaleza]

Bloques de construcción de la vida

Cuando los seres humanos se hacen con un objeto, lo tiran en un relleno sanitario, donde se romperá muy, muy lentamente; O lo queman a ceniza; O reciclar sus materiales procesándolos extensamente y luego devolviéndolos a la cadena de suministro. Todos estos métodos de residuos una enorme cantidad de materiales o energía.

Pero la vida no desperdicia las moléculas de la misma manera, principalmente por la forma en que utiliza los enlaces químicos, dijo Boekhoven.

Por ejemplo, la mayoría de los sólidos creados por el hombre se crean usando un tipo de matrimonio molecular llamado enlace covalente, en el cual los átomos comparten electrones. Estos enlaces increíblemente fuertes son difíciles de romper. Piense en un polímero plástico hecho calentando los bloques de construcción básicos de un producto del petróleo. Forman enlaces de carbono duros que las bacterias no son capaces de romper, por lo que los plásticos no se biodegradan, informó Live Science anteriormente.

Pero la vida depende de lo que son más como conexiones ocasionales: interacciones moleculares mucho más débiles como ionic, van der Waals o enlaces de hidrógeno, dijo Boekhoven. Por ejemplo, el enlace de hidrógeno, el tipo de atracción electrostática que se encuentra en el agua, en el que los extremos positivos y negativos de las moléculas se alinean, es 10 veces más débil que el enlace covalente, en el que los átomos comparten electrones. Y las fuerzas de van der Waals, en las que las nubes electrónicas siempre cambiantes de los átomos se reorganizan un poco para reducir la repulsión o fortalecer la atracción, desaparecen a mayores distancias.

La vida también depende de otro factor clave que es vital para las nuevas moléculas que se desvanecen: las estructuras moleculares que usan las vidas están siempre "fuera de equilibrio", lo que significa que requieren una afluencia constante de energía para mantener su funcionamiento. Sin esa energía extra (de los alimentos, por ejemplo), estas moléculas eventualmente se disociarán por sí mismas y volverán a un estado más simple.

"Una célula necesita constantemente nutrientes y energía", dijo Boekhoven a Live Science. "De lo contrario, simplemente se desintegraría en sus simples bloques de construcción".

Uno de los beneficios del enfoque de la vida es que facilita reensamblar rápidamente la estructura más compleja con un pequeño aporte de energía, lo que significa que las moléculas basadas en la vida son esencialmente autocurativas, dijo Boekhoven.

Moléculas autodestructoras

En el trabajo actual, Boekhoven y sus colegas decidieron tomar una página de la manera de la vida de ensamblar materiales. Para ello, los investigadores crearon algunos tipos diferentes de materiales que requieren energía para permanecer en sus formas actuales, que los científicos llaman moléculas supramoleculares.

El primero fue un simple coloide hecho de diminutas cuentas, cada una de las cuales son sólo 1 por ciento tan grande como el diámetro de un cabello humano, dijo Boekhoven. A medida que se añade combustible, las perlas en miniatura se ensamblan como una cadena de perlas, y se pueden sintonizar para montar y desarmar en cierto orden y en ciertos momentos. Boekhoven dijo que piensa que estos materiales se utilizan para suministrar drogas. Por ejemplo, ciertos fármacos necesitan pasar por alto el ácido estomacal, por lo que si se cronometran para desmontar sólo después de haber pasado en el intestino, podrían proteger las drogas hasta que lleguen a la ubicación deseada, dijo Boekhoven.

Los investigadores también probaron un material cristalino esponjoso que normalmente se ve a través pero se vuelve opaco y nublado cuando un combustible se vierte encima de ellos. Cuando el combustible se agota, las manchas oscuras vuelven a ser claras. El equipo prevé que este material se utilice como una tinta completamente borrable, informaron los investigadores el 18 de julio en la revista Nature Communications.

"Así que, puede crear un mensaje temporal que borre con una vida útil predefinida", dijo Boekhoven. Un material como el que podría reducir drásticamente el uso de papel ordinario en cosas como billetes, boletos y recibos, dijo.

Otro material se forma a partir de fibras largas que se auto ensamblan para formar estructuras que podrían un día ser utilizadas para anclar un trasplante de tejido en su lugar hasta que el cuerpo pueda asumir el control; El material entonces desaparecería, dijeron los investigadores.

Si estos materiales se auto-ensamblan y se degradan, y requieren energía para existir, entonces están "viviendo" en algún sentido?

En este momento, ninguno de estos materiales realmente tiene propiedades de la vida, dijo Boekhoven. Pero los investigadores en el campo están comenzando a preguntar cuáles son los ingredientes necesarios para hacer una partícula realmente auto-replicante, dijo Boekhoven