Investigación / Materiales Bio-relacionados
Principal Investigador: José Luís Arias
En los últimos años, un gran número de investigaciones interdisciplinarias ha emergido en la frontera de la biología, química de materiales y la física. La mayoría de estos temas han aparecido a partir del creciente campo de la Biomineralización, que es la extracción y utilización selectiva de elementos del ambiente local y su incorporación en estructuras sólidas funcionales bajo estricto control biológico, dónde CIMAT ha estado activamente involucrado. Conceptualmente, la noción que los organismos muestran particulares procesos de autoensamblaje en la construcción de materiales, a través de varias escalas de longitud (de nano a metaescala), aún está lejos de ser comprendida y transformarse en una poderosa fuente de fabricación bio-inspirada de nuevos materiales.
Las investigaciones en materiales bio-relacionados en CIMAT se han enfocado en cinco subprogramas:
- Materiales biocerámicos naturales.
- Rol de polímeros en compositos y materiales híbridos.
- Diseño Bio-inspirado de materiales.
- Biomateriales nanoestructurados y Crecimiento de biomateriales.
a) Materiales Biocerámicos naturales: el estudio de la estructura biológica, química, propiedades físicas y estrategias de fabricación natural de biominerales diferentes (tales como cáscaras de huevo y conchas, huesos o dientes) han sido y aún son la principal fuente de bio-inspiración para el control de la nucleación, crecimiento y textura de cristales. Por lo tanto, nuestros esfuerzos están orientados a comprender los mecanismos moleculares subyacentes que dan lugar a estas notables estructuras inorgánicas, tendientes a correlacionar su estructura química con propiedades físicas en diferentes escalas.
b) Rol de polímeros en compositos y materiales híbridos: este subprograma se enfoca en polímeros sintéticos y naturales y sus compositos, elastómeros, mezclas, fibras, películas y membranas, capas y adhesivos, dispositivos para impedir la adhesión, estudios de emulsiones y entramados moleculares, relación entre propiedades estructurales y de proceso, envejecimiento de polímeros, extrusión y moldeado.
c) Diseño Bio-inspirado de materiales: los materiales creados por el ser humano con propiedades similares a los naturales, son obtenidos usualmente a altas temperaturas. En un sentido de conservación de energía o desde la perspectiva biotecnológica, la pregunta que surge es si los nuevos biomateriales duros pueden ser formados en condiciones ambientales siguiendo principios desarrollados por organismos vivos, donde la fabricación de materiales estructurados sigue un proceso de abajo hacia arriba, esto es, basado en el ensamblaje de componentes diferentes, desde la molécula hasta el nivel macroestructural.
d) Biomateriales nanoestructurados: uno de los principales desafíos de la nanotecnología biomédica es el desarrollo de nuevos polímeros adicionados de nanopartículas metálicas, en orden a actuar como agentes terapéuticos en lugares precisos (cirugía molecular). En ese sentido, estamos diseñando, caracterizando y probando nanopartículas metálicas unidas a pequeños péptidos o a otros polímeros sintéticos o naturales, sometidos a diversas fuentes de energía para disgregar selectivamente proteínas de filamentos que suceden en algunas enfermedades (por ejemplo, el Alzheimer).
e) Crecimiento de biomaterials: la comprensión de mecanismos biológicos y físicos que regulan la formación y crecimiento de materiales biocerámicos artificiales y naturales, es uno de los objetivos comunes del centro. Desde un punto de vista físico, es bien reconocido que el estudio de procesos locales que ocurren en interfaces puede proporcionar información útil para complementar estudios biológicos. Acciones específicas incluirán la influencia de diferentes variables en el crecimiento de calcita usando técnicas de fuerza atómica.