Réplicas transparentes de diatomeas fabricadas con grafeno

Dibujo20140825 sem images graphene replicas from diatom frustules - scientific reports

Las diatomeas son algas unicelulares que están rodeadas por una pared celular hecha de sílice (dióxido de silicio hidratado) llamada frústula, que es opaca al microscopio electrónico. Para observar su interior hay que fabricar una réplica 3D transparente. Se publica en Scientific Reports un método para fabricar dichas réplicas usando grafeno. El nivel de detalle con el que se observa el interior de la frústula de estas diatomeas del género Aulacoseira es realmente alucinante.

Mediante la técnica de deposición química de vapor catalizado por metano se fabrica una capa de grafeno continua que conserva la forma de la frústula, incluyendo sus rasgos más finos. El sílice se elimina con ácido fluorhídrico y se obtiene una réplica que permite observar en el microscopio electrónico las frústulas como si fueran transparentes (en realidad son “electrónicamente transparentes”), desvelando detalles que nunca antes fueron observados.

El artículo técnico (open access) es Zhengwei Pan et al., “Electronically transparent graphene replicas of diatoms: a new technique for the investigation of frustule morphology,” Scientific Reports 4: 6117, 19 Aug 2014.

Dibujo20140825 sem images diatom frustule and making graphene replicas - scientific reports

Hasta ahora sólo podíamos observar su superficie e imaginarnos su interior. En las nuevas imágenes se ven perfectamente los nanotúbulos que le dan rigidez a sus paredes de sílice. Sin lugar a dudas estas imágenes ayudarán a resolver el misterio de su morfogénesis (uno de los más intrigantes en el estudio de las diatomeas).

Las diatomeas se encuentran en el fitoplancton de todos los ambientes acuáticos. Se encuentran en la base de la cadena trófica (o alimenticia), como productoras activas de carbono y oxígeno. De hecho, se estima que una quinta parte del oxígeno que respiramos ha sido producido en la fotosíntesis realizada por diatomeas.

Dibujo20140825 Scanning electron micrograph of a pennate diatom Didymosphenia geminata - trends biotech

¿Por qué es importante conocer la estructura tridimensional de las diatomeas? Porque las diatomeas se comportan como cristales fotónicos naturales. Conocer su forma 3D permitirá entender sus propiedades ópticas y mecánicas, lo que ayudará a los ingenieros que trabajan en biomimética. Seguro que inspirará futuros diseños de dispositivos ópticos, así como la fabricación de nuevos nanomateriales artificiales.

Recomiendo leer Andrew R. Parker, Helen E. Townley, “Biomimetics of photonic nanostructures,” Nature Nanotechnology 2: 347-353, 2007; M. Sumper, E. Brunner, “Learning from Diatoms: Nature’s Tools for the Production of Nanostructured Silica,” Advanced Functional Materials 16: 17-26, 2006; y Richard Gordon et al., “The Glass Menagerie: diatoms for novel applications in nanotechnology,” Trends in Biotechnology 27: 116-127, 2009.



3 Comentarios

    1. Daniel, no tengo ni idea. Que yo sepa todavía no se sabe cuál es su función biológica. Desde los primeros estudios en 1990 por Peter Kilham se han propuesto muchas posibilidades: facilitar la recepción de luz (pues actúan como redes de difracción que se asemejan a lentes), polarizar la luz que reciben (que podría tener una función en la fotosíntesis o como protección contra la radiación para ciertas moléculas), dotarlas de coloración (como camuflaje, señalización, termorregulación, etc.), etc. Pero que yo sepa todavía se está estudiando su función biológica. Un problema para el que tener réplicas transparentes es de gran utilidad.

      Si te interesa el tema consulta, p.ej., la tesis doctoral de Melanie Kucki, “Biological Photonic Crystals: Diatoms Dye functionalization of biological silica nanostructures,” University of Kassel, PDF.

      1. Gracias Francis, me la leeré. Parece muy interesante, incluso al principio menciona la posibilidad de que las esponjas de la clase Hexactinellida o esponjas de cristal recojan la luz a través de sus espículas silíceas y la guíen hasta el interior, donde hay diatomeas viviendo en simbiosis dentro de la esponja.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 25 agosto, 2014
Categoría(s): ✓ Biología • Ciencia • Noticias • Óptica • Science
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