Un jardín de flores nanoscópicas

Más allá del cultivo de bonsáis la jardinería puede tomar a veces formas diminutas, invisibles al ojo del hombre y únicamente apreciables a través de las lentes de un microscopio electrónico.

Como su propio nombre indica las flores nanoscópicas son aquellas que, por su reducido tamaño, sólo podemos ver a través del microscopio eléctrico. Sus colores y formas nos revelan especies que jamás habíamos pensado que existían. De hecho, ¿cómo es posible que se hayan descubierto si no pueden verse a simple vista? ¿dónde se esconden estos jardines de flores imposibles? ¿cómo crecen y se desarrollan? ¿hasta qué punto son reales esas plantas que sólo pueden apreciarse gracias semejantes lentes de aumento?

Todas estas preguntas tienen una respuesta: los jardines nanoscópicos nacen en los laboratorios. Prácticamente cualquier persona con unos conocimientos básicos de química puede crearlos mezclando cristal, sal y silicio y modelándolos con formas imposibles, en muchas ocasiones emulando a algunas de las especies más inverosímiles de la naturaleza. ¿Imagináis tener en vuestro propio jardín conviviendo a especies tan dispares y diversas como la orquídea mariposa (Phalaenopsis) o la Rafflesia arnoldii? La ciencia y un estudio realizado por un grupo de investigadores de Harvard nos dicen que es posible.

La creación de estos nanojardines es relativamente sencilla. Sólo se requiere un matraz de vidrio donde verter una solución hecha a partir de agua, sal y silicio. Después se añade a esta mezcla un pequeño fragmento de cristal o metal que sirva de estructura y finalmente dióxido de carbono. Esperando un tiempo prudencial podremos crear un pequeño jardín de plantas de cristal.

Wim L. Nooruin

Pero lo más novedoso de este estudio es que se descubrió que variando algunas condiciones como la concentración de CO2, el PH del agua o la temperatura del matraz se podían modificar elementos de las “flores” como el tallo o los pétalos. Por ejemplo, un aumento de la concentración de dióxido de carbono ayudaba a crear estructuras “de hoja ancha”, por lo que parecía que las flores tuvieran pétalos más grandes, y la inversión del gradiente de PH creaba estructuras volantes y curvas, muy vistosas, como las flores tropicales.

Independientemente de que sean flores “reales” o no lo cierto es que estos jardines en miniatura van más allá de lo puramente estético y suponen un avance importante para el mundo de la ciencia, demostrando la posibilidad real de diseñar cualquier tipo de estructura compleja vinculada a unos patrones controlados a nivel molecular. El control de estos jardines nanoscópicos podría tener importantes aplicaciones industriales y tecnológicas, y también puede suponer una pequeña “revolución” en el mundo de la jardinería… aunque sea a nivel microscópico.

La magia de crear “primaveras”

A grandes rasgos lo que más llama la atención de esas flores mínimas es que son de cristal y que han de medirse en micras, la fórmula que tenemos para hablar de estructuras excesivamente pequeñas. Viéndolo así, podríamos abarcar una primavera entera en la palma de nuestra mano, con campos enteros de claveles y caléndulas que se agitarían con uno solo de nuestros suspiros. Pero más allá del “romanticismo”, ¿sería posible que existieran este tipo de jardines reales y en miniatura? ¿con qué objetivo se realiza una simulación de estas características?

Según Wim L.Nooruin, investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard y autor del artículo publicado en Science que se había eco de este descubrimiento (mayo de 2013), “el hombre lleva más de dos siglos investigando las formas complejas en las que puede evolucionar la naturaleza” y este trabajo “ayuda a demostrar lo que es posible sólo a través de cambios químicos producidos en el ambiente”.

La ciencia ya ha demostrado que no es inusual observar los gradientes químicos (o contextos en los que se observan las reacciones químicas) para influir en el crecimiento y en los cambios de la naturaleza. Un buen ejemplo de ello son las conchas que se forman por la reacción del carbonato de calcio segregado por algunos animales marinos y que se concentra a su alrededor endureciéndose. Estas conchas, a pesar de esta pegada a ellos, no afectan a ninguno de los procesos del cuerpo del animal y están formadas por minerales y no por células, de tal forma que cuando el animal muere la concha no desaparece.

¿Por qué entonces las conchas, formadas con el mismo material, varían en formas y colores según cada especie? Porque dependen de la dieta del animal en cuestión y del lugar donde viva, ya que el tipo de agua le conferirá a las conchas unas características u otras. Según los patrones estudiados, las conchas de colores “más vibrantes” se pueden encontrar en zonas cálidas tropicales, mientras que los moluscos de agua fría que tienden a comer de sólo unas pocas fuentes alimenticias son generalmente más oscuras y uniformes en el color. La cantidad de segregación de carbonato de calcio determinará también la forma de las conchas. Algo similar ocurre con las bacterias que viven en colonias y que reaccionan a determinadas pulsiones químicas creciendo o desarrollándose con unos patrones geométricos intrincados.

Al igual que la alimentación y la temperatura del agua inciden de forma decisiva en las formas y colores de las conchas de los moluscos, a la hora de crear un jardín de flores nanoscópicas existen también una serie de patrones que son los que nos permiten modificar los materiales de determinada manera, o lo que es lo mismo aplicado a este ejemplo, crear unas variedades de flores u otras. Para realizar estas replicas florales de laboratorio es necesario identificar la reacción química apropiada estudiando variables como el PH, la temperatura y la exposición al aire, que son los elementos que pueden afectar a las estructuras a nanoescala.

Joanna Aizenberg, experta en química de los materiales y biomineralización del Departamento de Química de la Universidad de Harvard es una de las principales investigadoras en este proyecto y que destaca la necesidad de “estudiar sistemas biológicos reales que nos indiquen lo que podemos hacer y lo que no y después usar estos métodos para optimizar tecnologías existentes o crear otras nuevas”. Basándose en el funcionamiento de estos nanojardines Aizenberg ya ha logrado crear un material extremadamente resbaladizo inspirándose en las plantas carnívoras y ha descubierto cómo las bacterias utilizan sus flagelos de aferrarse a las superficies de los implantes médicos .

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Más info:  https://www.seas.harvard.edu/news/2013/05/beautiful-flowers-self-assemble-beaker