Los mejillones están inspirando una nueva tecnología que podría ayudar a purificar el agua y limpiar los derrames de petróleo

12.07.2019 - China

Los mejillones son famosos polizones marítimos conocidos por dañar los cascos de los barcos, pero estas mismas propiedades adhesivas tienen aplicaciones de ingeniería muy extendidas, escriben científicos de China y los Estados Unidos en una reseña publicada en la revista Matter. Sugieren que la química de los hilos de mejillón está inspirando innovaciones de ingeniería que abordan una amplia gama de problemas, desde la limpieza de derrames de petróleo hasta el tratamiento de aguas contaminadas.

Los mejillones resisten corrientes poderosas y olas fuertes uniéndose a las rocas usando grupos de delgados y sorprendentemente resistentes hilos de byssus. Estos hilos deben su poder adhesivo a un grupo de aminoácidos llamado dihidroxifenilalanina (DOPA), que se adhiere a la superficie realizando una serie de gimnasia molecular, incluyendo enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas y electrostáticas.

Los científicos han descubierto que la DOPA puede adherirse a todo tipo de sustratos sólidos a través de estas interacciones, al igual que la dopamina, una molécula con una estructura similar a la DOPA. La investigación que sugiere que la dopamina puede formar un recubrimiento universal en una amplia gama de sustratos estimuló el crecimiento de la química inspirada en el mejillón como una nueva y poderosa herramienta para la ingeniería de superficies de materiales y la ciencia ambiental.

"Los mejillones son considerados en general como una molestia en las industrias marinas porque colonizarán superficies sumergidas", dice Hao-Cheng Yang, investigador de la Escuela de Ingeniería y Tecnología Química de la Universidad Sun Yat-sen de China. "Pero desde otro punto de vista, la robusta fijación de los mejillones en sustratos bajo el agua ha inspirado una estrategia biomimética para lograr una fuerte adhesión entre los materiales en el agua."

Una variedad de innovaciones inspiradas en el mejillón ya están en marcha. Un grupo de investigadores en China ha desarrollado un glóbulo rojo universal, que puede ser aceptado por individuos de todos los tipos de sangre, que funciona utilizando recubrimientos inspirados en el mejillón para proteger a la célula de la detección por el sistema inmunológico del cuerpo (y por lo tanto prevenir la respuesta inmunológica destructiva que resultaría).

Otras investigaciones han logrado desarrollar materiales superiores para separar el petróleo y el agua, lo que podría ayudar a mitigar el daño ambiental a los ambientes marinos después de los derrames de petróleo. A diferencia de algunos materiales desarrollados anteriormente, los investigadores creen que estas innovaciones impulsadas por los mejillones pueden ser adecuadas para la producción a gran escala. Los mejillones también han inspirado avances en la tecnología de purificación de agua. Se están desarrollando materiales innovadores capaces de eliminar metales pesados, contaminantes orgánicos y patógenos de las aguas residuales a partir de la dopamina polimerizada, que se une fácilmente a estos contaminantes o a otros materiales con tales propiedades de captura.

Sin embargo, aunque las propiedades aglutinantes de los mejillones han inspirado una variedad de investigaciones recientes, aún deben superarse desafíos antes de que puedan ser aplicados en el mundo real. Los científicos todavía están trabajando para comprender plenamente las relaciones entre estructura y propiedad de los productos químicos inspirados en los mejillones, como la polidopamina, y para comprender la compleja red de interacciones entre los aminoácidos que influyen en sus propiedades adhesivas.

"A pesar de la simplicidad y la eficacia, todavía hay algunas limitaciones inherentes", dice Yang. "Normalmente se necesitan condiciones alcalinas para realizar la polimerización de la dopamina, por lo que no se puede aplicar a materiales que son inestables bajo condiciones alcalinas. Además, la deposición de PDA es un proceso que consume mucho tiempo: se necesitan decenas de horas para formar un recubrimiento uniforme en la mayoría de las superficies de material".

Algunos investigadores esperan superar estos desafíos encontrando sustitutos seguros, estables y de bajo costo para la polidopamina, como los polifenoles.

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