Cuando se debe diseñar algo, es difícil encontrar una mejor fuente de inspiración que la Madre Naturaleza. Usando ese principio, un grupo diverso e interdisciplinario de investigadores del Laboratorio de Ames, en EE.UU., está imitando a una bacteria para sintetizar nanopartículas magnéticas que podrían utilizarse para liberar medicamentos en puntos muy específicos y con enorme precisión, para dispositivos de memoria de alta densidad, y para tintas magnéticas, entre otros usos.
La síntesis comercial de nanopartículas ferromagnéticas a temperatura ambiente es difícil porque las partículas se forman rápidamente, produciendo racimos de partículas aglomeradas con peores propiedades magnéticas y cristalinas que las ideales del material.
Sin embargo, varias cepas de bacterias producen nanopartículas finas y uniformes de magnetita que tienen propiedades magnéticas adecuadas. Estas bacterias utilizan una proteína para formar partículas cristalinas de aproximadamente 50 nanómetros de diámetro. Estos cristales están limitados por membranas para formar cadenas de partículas que las bacterias utilizan como una brújula para orientarse a partir del campo magnético de la Tierra.
Para ver si era posible aprender de las bacterias, la investigadora Surya Mallapragada del Laboratorio de Ames, formó un equipo que incluyó a microbiólogos, bioquímicos, químicos de los materiales, ingenieros químicos, científicos de los materiales y físicos, del laboratorio así como de la Universidad Estatal de Iowa, la universidad que administra ese laboratorio.
Basándose en un trabajo anterior realizado por un equipo de investigación japonés, la bioquímica Marit Nilsen-Hamilton, del Laboratorio de Ames, estudió varias proteínas de las que se conocía su capacidad para enlazarse al hierro, incluyendo la Mms6 encontrada en las bacterias magnetotácticas que ella clonó de esas bacterias.
La química Tanya Prozorov probó a sintetizar cristales, utilizando las proteínas con varias concentraciones de reactivos en una solución acuosa, pero las partículas se formaron rápidamente, eran demasiado pequeñas y carecían de la morfología específica del cristal.
A sugerencia del físico especialista en el crecimiento de cristales Paul Canfield, el equipo utilizó geles de polímero desarrollados por Mallapragada y Balaji Narasimhan para ayudar a llevar a cabo lentamente la reacción y tener control sobre la formación de los nanocristales, minimizando la agregación.
Prozorov también llevó a cabo análisis de microscopía electrónica de las nanopartículas sintéticas que mostraron que a partir de la Mms6 se habían producido cristales bien formados, en facetas, parecidos a los producidos de modo natural por las bacterias.
El físico Ruslan Prozorov comprobó las propiedades magnéticas de los cristales sintéticos que también mostraron llamativas similitudes con los cristales producidos por las bacterias y la magnetita en bruto.
Entonces, el equipo procedió a averiguar si el método bioinspirado podría utilizarse para producir nanopartículas de ferrita de cobalto. La ferrita de cobalto, que no aparece en los organismos vivos, tiene propiedades magnéticas más deseables que la magnetita, pero presenta los mismos problemas que otras partículas de tamaño nanométrico para su producción comercial. El método funcionó bastante bien y los investigadores terminaron obteniendo perfectos cristales hexagonales de ferrita de cobalto.
Información adicional en: http://www.external.ameslab.gov/final/News/2008rel/Magnetite.html
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