Un jardí de flors nanoscòpiques

Més enllà del cultiu de bonsais la jardineria pot prendre a voltes formes diminutes, invisibles a l’ull de l’home i únicament apreciables a través de les lents d’un microscopi electrònic. 

Com el seu propi nom indica les flors nanoscòpiques són aquelles que, per la seua reduïda grandària, només podem veure a través del microscopi elèctric. Els seus colors i formes ens revelen espècies que mai havíem pensat que existien. De fet, com és possible que s’hagen descobert si no poden veure’s a simple vista? on s’amaguen aquests jardins de flors impossibles? com creixen i es desenvolupen? fins a quin punt són reals aqueixes plantes que només poden apreciar-se gràcies semblants lents d’augment?

Totes aquestes preguntes tenen una resposta: els jardins nanoscòpics naixen en els laboratoris. Pràcticament qualsevol persona amb uns coneixements bàsics de química pot crear-los barrejant cristall, sal i silici i modelant-los amb formes impossibles, en moltes ocasions emulant a algunes de les espècies més inversemblants de la naturalesa. Imagineu tenir en el vostre propi jardí convivint a espècies tan dispars i diverses com l’orquídia papallona (Phalaenopsis) o la Rafflesia arnoldii? La ciència i un estudi realitzat per un grup d’investigadors d’Harvard ens diuen que és possible.

La creació d’aquests nanojardins és relativament senzilla. Només es requereix un matràs de vidre on abocar una solució feta a partir d’aigua, sal i silici. Després s’afig a aquesta mescla un petit fragment de cristall o metall que servisca d’estructura i finalment diòxid de carboni. Esperant un temps prudencial podrem crear un petit jardí de plantes de cristall. 

Wim L. Nooruin

Però el més nou d’aquest estudi és que es va descobrir que variant algunes condicions com la concentració de CO2, el PH de l’aigua o la temperatura del matràs es podien modificar elements de les “flors” com la tija o els pètals. Per exemple, un augment de la concentració de diòxid de carboni ajudava a crear estructures “de fulla ampla”, per la qual cosa semblava que les flors tingueren pètals més grans, i la inversió del gradient de PH creava estructures volants i corbes, molt vistoses, com les flors tropicals. 


Independentment que siguen flors “reals” o no la veritat és que aquests jardins en miniatura van més enllà del purament estètic i suposen un avanç important per al món de la ciència, demostrant la possibilitat real de dissenyar qualsevol tipus d’estructura complexa vinculada a uns patrons controlats a nivell molecular. El control d’aquests nanoscòpics podria tenir importants aplicacions industrials i tecnològiques, i també pot suposar una petita “revolució” en el món de la jardineria… encara que siga a nivell microscòpic.

La màgia de crear “primaveres”

A grans trets el que més crida l’atenció d’aqueixes flors mínimes és que són de cristall i que han de mesurar-se en micres, la fórmula que tenim per a parlar d’estructures excessivament xicotetes. Veient-ho així, podríem abastar una primavera sencera en el palmell de la nostra mà, amb camps sencers de clavells i calèndules que s’agitarien amb un solament dels nostres sospirs. Però més enllà de el “romanticisme”, seria possible que existiren aquest tipus de jardins reals i en miniatura? amb quin objectiu es realitza una simulació d’aquestes característiques?


Segons Wim L. Nooruin, investigador de l’Escola d’Enginyeria i Ciències Aplicades d’Harvard i autor de l’article publicat en Science que s’hi havia ressò d’aquest descobriment (maig de 2013), “l’home porta més de dos segles investigant les formes complexes en les quals pot evolucionar la naturalesa” i aquest treball “ajuda a demostrar el que és possible només a través de canvis químics produïts en l’ambient”. 

 
La ciència ja ha demostrat que no és inusual observar els gradients químics (o contextos en els quals s’observen les reaccions químiques) per a influir en el creixement i en els canvis de la naturalesa. Un bon exemple d’açò són les petxines que es formen per la reacció del carbonat de calci segregat per alguns animals marins i que es concentra al seu al voltant endurint-se. Aquestes petxines, malgrat aquesta pegada a ells, no afecten a cap dels processos del cos de l’animal i estan formades per minerals i no per cèl·lules, de tal forma que quan l’animal mor la petxina no desapareix. 

Per què llavors les petxines, formades amb el mateix material, varien en formes i colors segons cada espècie? Perquè depenen de la dieta de l’animal en qüestió i del lloc on viva, ja que el tipus d’aigua li conferirà a les petxines unes característiques o unes altres. Segons els patrons estudiats, les petxines de colors “més vibrants” es poden trobar en zones càlides tropicals, mentre que els mol·luscs d’aigua freda que tendeixen a menjar de només unes poques fonts alimentoses són generalment més fosques i uniformes en el color. La quantitat de segregació de carbonat de calci determinarà també la forma de les petxines. Alguna cosa similar ocorre amb els bacteris que viuen en colònies i que reaccionen a determinades pulsions químiques creixent o desenvolupant-se amb uns patrons geomètrics intricats. 


Igual que l’alimentació i la temperatura de l’aigua incideixen de forma decisiva en les formes i colors de les petxines dels mol·luscs, a l’hora de crear un jardí de flors nanoscòpiques existeixen també una sèrie de patrons que són els que ens permeten modificar els materials de determinada manera, o el que és el mateix aplicat a aquest exemple, crear unes varietats de flors o unes altres. Per a realitzar aquestes repliques florals de laboratori és necessari identificar la reacció química apropiada estudiant variables com el PH, la temperatura i l’exposició a l’aire, que són els elements que poden afectar a les estructures a nanoescala. 

Joanna Aizenberg, experta en química dels materials biomineralització del Departament de Química de la Universitat d’Harvard és una de les principals investigadores en aquest projecte i que destaca la necessitat de “estudiar sistemes biològics reals que ens indiquen el que podem fer i el que no i després usar aquests mètodes per a optimitzar tecnologies existents o crear altres noves”. Basant-se en el funcionament d’aquests nanojardins Aizenberg ja ha aconseguit crear un material extremadament relliscós inspirant-se en les plantes carnívores i ha descobert com els bacteris utilitzen els seus flagels d’aferrar-se a les superfícies dels implants mèdics .

{hwdvideoshare}id=113|width=560|height=340{/hwdvideoshare}

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