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En el desarrollo de materiales basados en el agua, los científicos se enfrentan a menudo a un reto: el agua interrumpe los enlaces entre moléculas.
Un equipo internacional de investigación dirigido por el Prof. Dr. Alex J. Plajer, de la Universidad de Bayreuth (Alemania), ha desarrollado un material que incorpora agua como componente estructural activo.
En el agua, este material se autoensambla en nanofibras y forma hidrogeles cuyas propiedades pueden ajustarse con precisión. El estudio demuestra que el agua no tiene por qué ser un mero factor perturbador, sino que puede aprovecharse como elemento químico de diseño deliberado.
En esta ocasión, el equipo del Profesor Plajer, en estrecha colaboración con investigadores de la Universidad Libre de Berlín, ha producido una novedosa molécula de geometría plana que invierte radicalmente el enfoque convencional del agua en química.
"Hemos diseñado los bloques de construcción de nuestros materiales de modo que posean sitios de unión específicos que funcionen como ranuras de acoplamiento integradas para moléculas de agua", explica el profesor Plajer. Una característica particular es que estas moléculas de agua conectan los bloques de construcción en estas "ranuras", manteniendo físicamente unido el material y definiendo su forma y función.
"Esto es especialmente notable porque el agua suele desestabilizar este tipo de estructuras artificiales. Sin embargo, nuestro nuevo material no existiría en esta forma sin las moléculas de agua. En lugar de mantener el agua alejada de los componentes que forman la estructura, la hemos integrado deliberadamente como elemento estructural", afirma Merlin R. Stühler, primer autor del estudio e investigador doctoral del grupo de Alex Plajer.
Cuando los bloques de construcción se colocan en agua pura, se autoensamblan en largas nanofibras tubulares. Así se forman hidrogeles que se ablandan o endurecen en función de la temperatura y pueden descomponerse selectivamente.
La estructura detallada de las nanofibras se dilucidó en el Centro de Investigación de Microscopía Electrónica (FZEM) de la Universidad Libre de Berlín. "Para descifrar la estructura de las fibras con una precisión excepcional, utilizamos el análisis de una sola partícula, un método empleado anteriormente sobre todo en biología para estudiar proteínas y virus", explica el profesor Plajer. "Este enfoque nos permitió visualizar la disposición exacta de las moléculas y comprender cómo interactúan para crear las propiedades únicas del material".
Las moléculas de agua incrustadas en la estructura también permiten la transmisión de información: cuando las nanofibras encuentran otras moléculas con una orientación espacial específica, como los aminoácidos naturales, el material puede reconocer esta orientación y adoptarla.
Las nanofibras se retuercen en consecuencia para adaptarse a su entorno. "A largo plazo, este material podría utilizarse como sensor biológico o en aplicaciones médicas gracias a estas propiedades. Nuestro estudio demuestra que, en el desarrollo de materiales basados en el agua, ésta no se limita a perturbar, sino que construye, estabiliza e imparte funcionalidad a las estructuras de forma activa", concluye Plajer.
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