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Los procesos de mineralización de los dientes de la rádula de la cucaracha de mar podrían inspirar nuevas técnicas de fabricación de baterías y células solares.

La evolución funciona para alcanzar soluciones óptimas para unas condiciones dadas. Puede ser un proceso lento, pero tarde o temprano se obtiene esa solución, aunque se hayan necesitado millones de años. Los seres humanos nos podemos aprovechar de esas soluciones y ahorrarnos así años de investigación.
Nos podemos inspirar en la estructura de las escamas de una mariposa para diseñar mejores cristales fotónicos o fijarnos en los procesos de mineralización de los dientes de la rádula de la cucaracha de mar para así fabricar mejores baterías o células solares. Esto último es precisamente lo ha venido investigando un grupo de la Universidad de California en Riverside.
Hacer crecer un cristal (no confundir con el vidrio de las ventanas) a partir de una sustancia puede ser inevitable o muy difícil. La sal disuelta en el agua forma cristales de cloruro sódico cuando ésta se evapora, pero conseguir que una proteína cristalice para analizar su estructura con difracción de rayos X es muy complicado.
Otras veces es relativamente fácil conseguir un cristal, pero se requiere grandes cantidades de energía y un proceso largo para obtenerlo. Así por ejemplo, el silicio de las células solares está fundido y en él una semilla de cristal de silicio crece poco a poco según rota en su seno. Conseguir un monocristal de silicio es más difícil que un policristal y, a su vez, conseguir éste es más difícil que conseguir silicio amorfo. De ahí que los precios y el rendimiento de las células fotovoltaicas hechos con estos materiales sean tan distintos.
Con la moda de la nanotecnología es ahora también importante conseguir materiales nanoestructurados o simplemente nanocristales que nos ayuden a obtener nuevos o mejores dispositivos.

David Kisailus cree que se puede encontrar inspiración en una especie de las varias de cucarachas marinas que hay para crear materiales nanoestructurados de forma económica para células solares o para baterías de litio.
Este animal mide unos 30 cm de largo y se encuentra en la costa del Pacífico desde California hasta Alaska. Ha evolucionado para alimentarse de algas marinas que roe con una rádula compuesta por 70 u 80 filas de dientes. En el proceso de alimentación las primeras filas roen las piedras en las que se encuentran las algas, proceso que desgasta los dientes, pero nuevos dientes son producidos de manera continua al mismo ritmo que se van desgastando los antiguos.
El equipo de investigadores del que Kisailus forma parte ha descubierto que la manera en la que este animal hace crecer sus dientes es única e interesante.
Descubrieron primero que los dientes estaban hechos de magnetita que es el biomineral más duro conocido, algo que hace que los dientes de este ser sean magnéticos además de duros. Pero lo interesante fue descubrir cómo se formaban.
El proceso de formación se da en tres pasos. En un primer paso se nuclean cristales de óxido de hierro hidratado sobre un patrón fibras orgánicas de quitina. Estos cristales se convierten en magnetita (óxido de hierro) a través de una transformación de estado sólido. Finalmente estas partículas de magnetita crecen a lo largo de las fibras orgánicas que dan lugar a unos bastones que forman los dientes. Todo el proceso se da a temperatura ambiente bajo condiciones ambientales benignas.
Kisailus cree que se podrían usar estrategias similares para crear nanomateriales a bajo coste. Así por ejemplo, se podrían usar sistemas de biomineralización para controlar la forma, tamaño y orientación de cristales que puedan usarse en células fotovoltaicas o en baterías de litio. Estas células solares podrían tener mayor rendimiento que las convencionales al atrapar más luz y las baterías podrían acumular mayor carga.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.
Sobre la visión de la cucaracha de mar
Foto: David Kisailus.