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Alfombra de nanofibras inspirada en la naturaleza podría dar lugar a nuevas superficies

University of Michigan

ANN ARBOR-- Pegajosos como las patas de los geckos. Repelentes, como las hojas de loto. Aislantes como el pelaje de un oso polar.

Un equipo de investigadores está desarrollado una nueva forma de crear una serie de nanofibras que podrían replicar algunas de estas características fantásticas encontradas en la naturaleza, de acuerdo a un nuevo estudio publicado en la revista Science.

"Esto es tan diferente de todo lo que he visto que hubiera pensado que es imposible", dijo Joerg Lahann, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan y autor principal del estudio.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan y de la Universidad de Wisconsin hicieron el descubrimiento -un tanto fortuito- que reveló un método nuevo y poderoso para hacer fibras que son cientos de veces más delgadas que un cabello humano.

"Fundamentalmente, esta es una forma completamente diferente de hacer series de nanofibras", dijo Lahann.

Los investigadores han demostrado que sus nanofibras repelen el agua como las hojas de loto. Hicieron fibras rectas y curvas, y probaron cómo se pegaban entre sí como el Velcro, encontrando que las fibras torcidas en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj se unían más estrechamente que dos conjuntos de fibras rectas.

También experimentaron con propiedades ópticas, haciendo un material que brilla. Creen que será posible hacer una estructura que funcione como la piel de un oso polar, con fibras individuales estructuradas para canalizar la luz.

Pero las alfombras moleculares no eran parte del plan original. El grupo de Lahann estaba trabajando con el de Nicholas Abbott, quien en ese tiempo era profesor de ingeniería química en la Universidad de Wisconsin-Madison, para poner películas delgadas de moléculas similares a cadenas, llamadas polímeros, sobre cristales líquidos. Los cristales líquidos son más conocidos por su uso en pantallas como televisores y pantallas de computadoras. Estaban tratando de hacer sensores que pudieran detectar moléculas individuales.

Lahann aportó la experiencia en la producción de películas delgadas, mientras que Abbott dirigió el diseño y la producción de los cristales líquidos. En experimentos típicos, el grupo de Lahann evapora enlaces individuales de una cadena y los obliga a condensarse sobre las superficies. Pero las películas de polímero delgado a veces no se materializaron como se esperaba.

En lugar de recubrir la parte superior del cristal líquido, los enlaces se deslizaron dentro del fluido y se conectaron entre sí en el portaobjetos de vidrio. El cristal líquido luego guió las formas de las nanofibras que crecían desde el fondo, creando alfombras a nanoescala.

"El descubrimiento refuerza mi opinión de que los mejores avances en ciencia e ingeniería ocurren cuando las cosas no salen según lo planeado", dijo Abbott. "Solo debes estar alerta y ver los experimentos fallidos como oportunidades".

"Un cristal líquido es un fluido relativamente desordenado, aunque puede moldear la formación de nanofibras con longitudes y diámetros muy bien definidos", dijo Abbott.

Y no solo hacen hebras rectas. Dependiendo del cristal líquido, podrían generar fibras curvas, como bananos microscópicos o escaleras.

"Tenemos mucho control sobre la química, el tipo de fibras, la arquitectura de las fibras y la forma en que las depositamos", dijo Lahann. "Esto realmente agrega mucha complejidad a la forma en que podemos diseñar superficies ahora; no solo con películas delgadas bidimensionales sino en tres dimensiones".

El estudio se titula "Templated nanofiber synthesis via chemical vapor polymerization into liquid crystalline films."

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La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación del Ejército.

Lahann también es director del Biointerfaces Institute de la U-M y profesor de ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería biomédica y ciencia e ingeniería macromolecular. Abbott es ahora profesor de la Universidad de Tisch y profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Cornell.

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