Este material de construcción regenerativo está hecho de arena y bacterias.

(Inside Science) – Los castillos hechos de arena podrían, con la ayuda de bacterias, crecer copias de sí mismos y volverse tan fuertes como el cemento que comúnmente mantiene unidos los ladrillos, sugiere un nuevo estudio.

Tales materiales vivos podrían algún día ayudar a las personas a colonizar Marte, agregaron los científicos.

Después del agua, el concreto es el material más utilizado en la Tierra, a razón de aproximadamente 3 toneladas métricas por año para cada persona en el mundo. El cemento, el componente principal del hormigón, es el material de construcción artificial más antiguo, que data del Imperio Romano.

El cemento y el concreto han cambiado poco como tecnología durante más de un siglo. Ahora los científicos buscan inspiración en procesos naturales, como la forma en que las colonias de pólipos de coral construyen arrecifes.

"Queremos desdibujar los límites entre el mundo natural y el entorno construido, entre lo que no está vivo y lo que está vivo, y crear un material que muestre funciones tanto estructurales como biológicas", dijo el científico de materiales Wil Srubar, quien dirige el Laboratorio de Materiales Vivos. en la Universidad de Colorado Boulder.

Los investigadores comenzaron con arena, gelatina y una especie de bacteria fotosintética conocida como Synechococcus que está muy extendida en las aguas superficiales del océano. La gelatina retuvo la humedad y los nutrientes para que las bacterias proliferen y mineralicen el carbonato de calcio de una manera similar a la forma en que se forman las conchas marinas.

En experimentos, el material resultante era aproximadamente tan fuerte como los morteros típicos a base de cemento.

"Tengo un pequeño cubo del material en mi escritorio que tiene 2 pulgadas de ancho en el que puedo pararme", dijo Srubar.

El material no solo está vivo, sino que puede reproducirse. Cuando los investigadores reducen a la mitad uno de los ladrillos, las bacterias pueden ayudar a convertir esas mitades en dos ladrillos completos cuando se les suministra arena y gelatina adicionales. En lugar de fabricar ladrillos uno por uno, los investigadores demostraron que podían crecer hasta ocho ladrillos de uno.

"Los enfoques de fabricación convencionales hacen un widget a la vez", dijo Srubar. "Al usar un ladrillo para hacer crecer dos ladrillos, y luego cuatro, y así sucesivamente, podemos explorar la idea de la fabricación exponencial de materiales de construcción. Dado que el tiempo es dinero, creo que cualquier persona involucrada en la fabricación consideraría que acelerar el tiempo de fabricación es muy interesante."

Investigaciones previas utilizaron bacterias para reparar grietas en concreto y pozos de petróleo y gas al mineralizar el carbonato de calcio. Sin embargo, este tipo de trabajo usó microbios a los que les va muy mal en los materiales típicos utilizados como el cemento, que son altamente ácidos, solo el 0.1 por ciento al 0.4 por ciento de esas bacterias sobrevivieron después de 30 días. En contraste, en este nuevo trabajo, del 9% al 14 por ciento de las bacterias permanecieron viables después de 30 días, suponiendo que se mantuviera al menos el 50 por ciento de humedad.

Un desafío al que se enfrentan los científicos es que el material necesita secarse por completo para alcanzar su máxima resistencia, pero ese secado estresa a las bacterias. Para ayudar a mantener vivos a los microbios, los investigadores actualmente tienen que controlar la humedad que rodea el material.

"Estamos buscando crear una cepa de bacterias tolerantes a la desecación para que podamos obtener la capacidad estructural completa y al mismo tiempo mejorar la viabilidad microbiana en condiciones súper secas", dijo Srubar.

En general, "estamos particularmente entusiasmados con las posibilidades de esta tecnología de materiales en entornos austeros con recursos limitados", dijo Srubar. "Si tienes microorganismos que pueden producir materiales estructurales en lugares remotos, eso podría ayudar a construir todo, desde una instalación militar hasta asentamientos humanos en otros planetas".

Srubar dijo que la investigación actual actúa como una prueba de concepto para los compuestos más fuertes que podrían hacerse con la técnica.

En última instancia, los científicos imaginan el uso de microbios que no solo ayudan a construir materiales sino que imparten estructuras con funciones biológicas adicionales.

"Se puede imaginar bacterias que proporcionan materiales con capacidades de autocuración, o pueden detectar y responder a las toxinas en el aire, o pueden interactuar con el medio ambiente de otras maneras", dijo Srubar. "El cielo es el límite con la creatividad".

"Me resulta emocionante que este nuevo trabajo desarrolle materiales realmente vivos, ya que los microorganismos incorporados en sus materiales sobrevivieron a tasas muy altas durante períodos de tiempo de semanas", dijo Anne Meyer, bióloga sintética de la Universidad de Rochester en Nueva York. York, que no participó en esta investigación. "Crear un material realmente vivo permite la posibilidad de utilizar técnicas de ingeniería genética para agregar comportamientos adicionales a los microbios que viven dentro del material. ¿Podría incorporar un microbio que pudiera responder a las señales ambientales para cambiar la dureza o rigidez de la bacteria?"

Agregó que podría ser posible combinar la nueva investigación con el trabajo de su laboratorio que utiliza impresoras 3D para construir formas a partir de bacterias.

Los científicos detallaron sus hallazgos en línea el 15 de enero en la revista Matter .

[Este artículo apareció originalmente en Inside Science. Lea el original aquí.]

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