Un nuevo método transforma las cáscaras de algas en materiales funcionales de interés tecnológico

Los científicos han transformado algas unicelulares en materiales funcionales de perovskita. El equipo dirigido por científicos del Centro de Bioingeniería Molecular (B CUBE) de la Universidad Técnica de Dresde ha transformado conchas minerales de algas en perovskitas de haluro de plomo con propiedades físicas ajustables. Las nuevas perovskitas tienen nanoarquitecturas únicas, inalcanzables mediante la producción sintética convencional. El método puede aplicarse a la producción masiva de perovskitas con propiedades estructurales y electroópticas sintonizables a partir de organismos unicelulares. Los resultados se publican en la revista Advanced Science.

Las perovskitas son materiales cada vez más populares para una amplia gama de aplicaciones debido a sus notables propiedades eléctricas, ópticas y fotónicas. Los materiales de perovskita pueden revolucionar los campos de la energía solar, la detección, la fotocatálisis y el láser, entre otros.

Las propiedades de las perovskitas pueden ajustarse para aplicaciones específicas cambiando su composición química y su arquitectura interna, incluida la distribución y orientación de su estructura cristalina. Por el momento, la capacidad de influir en estas propiedades está enormemente limitada por los métodos de fabricación. Un equipo de científicos de la Universidad Técnica de Dresde logró crear perovskitas con nanoarquitecturas y propiedades cristalinas únicas a partir de algas, aprovechando años de evolución de estos organismos unicelulares.

Aprovechar la evolución

"Los organismos unicelulares han respondido durante cientos de millones de años a una amplia gama de factores ambientales como la temperatura, el pH y el estrés mecánico. Como resultado, algunos de ellos evolucionaron para producir biomateriales absolutamente únicos y exclusivos de la naturaleza", afirma el Dr. Igor Zlotnikov, jefe de grupo de investigación del B CUBE - Centro de Bioingeniería Molecular que dirigió el estudio. "Los minerales formados por organismos vivos suelen presentar características estructurales y cristalográficas que superan con creces las capacidades de producción que ofrecen los métodos sintéticos actuales".

El equipo se centró en L. granifera, un tipo de alga que utiliza calcita para formar caparazones. Sus conchas esféricas tienen una arquitectura cristalina única. Los cristales están alineados radialmente, lo que significa que se extienden desde el centro de la esfera hacia fuera. "Los métodos actuales de fabricación de perovskitas no son capaces de producir sintéticamente materiales como éste. Sin embargo, podemos intentar transformar las estructuras naturales existentes en materiales funcionales manteniendo su arquitectura original", añade el Dr. Zlotnikov.

Ajuste químico

Para transformar las conchas minerales naturales de las algas en perovskitas funcionales, el equipo tuvo que sustituir elementos químicos en la calcita. Para ello, adaptaron un método desarrollado por sus colaboradores del instituto AMOLF de Ámsterdam. Durante la transformación, los científicos pudieron producir distintos tipos de arquitecturas cristalinas alterando la composición química del material. De ese modo, pudieron afinar sus propiedades electroópticas.

Convirtiendo los caparazones de calcita en haluros de plomo con yodo, bromuro o cloruro, el equipo pudo crear perovskitas funcionales optimizadas para emitir únicamente luz roja, verde o azul.

Listos para la ampliación

"Demostramos por primera vez que los minerales producidos por organismos unicelulares pueden transformarse en materiales funcionales tecnológicamente relevantes. En lugar de competir con la naturaleza, podemos aprovechar los años de adaptación evolutiva por los que ya han pasado", afirma el Dr. Zlotnikov.

El método desarrollado por su equipo puede ampliarse, lo que abre la posibilidad de que la industria aproveche las algas y otros numerosos organismos unicelulares formadores de calcita para producir materiales funcionales con formas y propiedades cristalográficas únicas.