Estructura, topografía, función: Diferentes aspectos del biomimetismo

Mayo / May 25, 2016

Estructura, topografía, función: Diferentes aspectos del biomimetismo

Son pocos los productos que, al igual que MimetikOss, se inspiran en la naturaleza para solucionar un problema o necesidad existentes en la sociedad. A lo largo de las últimas semanas hemos compartido parejas de imágenes preguntando que tenían en común. Todas las parejas se caracterizan por ser biomiméticas, es decir, la aplicación industrial ha surgido de imitar una situación de la naturaleza.
No os dejaremos sin explicación:  a continuación os revelamos qué propiedad o función imitan los 3 casos compartidos.

 ¿Qué tienen en común el Xanthium y el Velcro?

Biomimetismo - Origen del Velcro
Biomimetismo - Resultado origen velcro
El velcro es un sistema de cierre y apertura, rápido y sencillo, ideado en 1941  por el ingeniero eléctrico suizo Georges de Mestral, quien tras un día de cacería en los Alpes, observó que tanto el como su perro tenían semillas de malas hierbas de la familia Xanthium pegadas en los pantalones y en el pelo respectivamente [1]. Observó como las semillas estaban recubiertas por numerosos pinchos acabados en forma de gancho que se enredaban con las fibras del pelo. Este mecanismo es usado por esta especie herbácea para adherir sus semillas a los animales y que estos las dispersen aumentando así el alcance de la especie.  
G. De Mestral pensó en copiar la macro-estructura de ganchos en un tejido macho de manera que este se pegara y despegara fácilmente de un tejido hembra constituido por fibras sobresalientes.

                                                

¿Por qué el agua se desliza por encima de la hoja de loto y de los cristales autolimpiables?

Biomimetismo - Flor de loto
Biomimetismo - Flor de loto
El biomimetismo de los cristales autolimpiables se da usando tratamientos superficiales hidrofóbicos. Éstos están inspirados en la micro- y nano- topografía superficial de las hojas de loto. Estas hojas poseen una topografía superficial jerárquica hidrofóbica a dos niveles:
  • A escala micrométrica presentan una estructura papilar consistente en pilares de 10 a 20 µm de alto y de 10 a 15 µm de diámetro que hacen disminuir la superficie de contacto con las gotas por lo tanto, disminuyendo a la vez, las fuerzas de adhesión entre las gotas y la superficie de la hoja.
  • A la vez, estas papilas están recubiertas por la denominada cera epicuticular, la cual es hidrofóbica por su estructura molecular (escala manométrica) [2]. 
La realización de tratamientos superficiales basados en patrones superficiales o en el recubrimiento con moléculas hidrofóbicas, ambos se inspiran en este denominado efecto loto.
La micro- y nano- topografía de la hoja de loto sirvió de base para fabricar cristales autolimpiables.

                                                

¿Cuál es la relación entre las focas y el esquí de montaña?

Biomimetismo - Esquí de montaña 
Biomimetismo - Esquí de montaña
Un curioso ejemplo de biomimetismo es el de las denominadas pieles de foca usadas en el mundo del esquí de travesía para avanzar en subida. El origen de esta aplicación es desconocido pero se sabe que fueron los esquimales quienes primero usaron las pieles de las focas con este fin.
El principio físico de las pieles de foca está basado en la orientación anisotrópica (varían las propiedades en función de la dirección) de las fibras que se encuentran en su superficie. Hecho que favorece que el desplazamiento en un sentido sea mucho más fácil que en el sentido contrario. Esto sirve a las focas para ganar tracción sobre terrenos cubiertos de nieve con la finalidad de poder desplazarse hacia adelante sin retroceder o resbalar al impulsarse.
El biomimetismo apareció al reemplazar las pieles de foca animales por materiales sintéticos cuya función copiaba la original.
                                                 
Las aplicaciones nombradas imitan de la naturaleza su estructura, topografía o principio físico para así solucionar un problema con una aproximación biomimética o bien mejorar una situación ya existente.
En el caso de la regeneración ósea, el primer injerto biomimético es MimetikOss. Copia la estructura y la topografía del hueso para alcanzar una función muy similar a la del hueso natural, estando integrado en la remodelación fisiológica del mismo para, in fine, regenerar defectos óseos de manera estable, natural y rápida.

Biomimetismo - Hueso MimetikOss -

La figura de la izquierda representa la nanoestructura del hueso formada por nanocristales de hidroxiapatita (2nm x 30nm x 40nm) colocados en los espacios de las microfibrillas de colágeno [3]. A la derecha, imagen de los nanocristales de MimetikOss copiando la nanoestructura del hueso humano



Referencias:
[1]    How a Swiss invention hooked the world. JAN 4, 2007 - 1653.
[2]    Neinhuis C. Characterization and Distribution of Water-repellent, Self-cleaning Plant Surfaces. Ann Bot 1997;79:667–77.
[3]   B. Alexander, T. L. Daulton, G. M. Genin, J. Lipner, J. D. Pasteris, B. Wopenka, and S. Thomopoulos, “The nanometre-scale physiology of bone : steric modelling and scanning transmission electron microscopy of collagen – mineral structure,” no. February, pp. 1774–1786, 2012.



Dejar un comentario

Los comentarios se aprobarán antes de mostrarse.


Ver artículo completo

QUIZZ: ¿Cuánto sabes de injertos óseos?
QUIZZ: ¿Cuánto sabes de injertos óseos?

Octubre / October 31, 2017

¿¡Qué mejor momento para hablar de hueso que Halloween!?

¡Pon a prueba tus conocimientos sobre injertos óseos!

Ver artículo completo

Mimetis recibe la medalla de oro al mérito en el trabajo de parte de la Asociación Europea de Economía y Competitividad.
Mimetis recibe la medalla de oro al mérito en el trabajo de parte de la Asociación Europea de Economía y Competitividad.

Octubre / October 24, 2017

El pasado 6 de Octubre de 2017, la Asociación Europea de Economía y Competitividad (AEDEEC) otorgó la medalla de oro al mérito en el trabajo a Mimetis Biomaterials. La medalla tiene como objetivo reconocer el espíritu empresarial dentro del marco europeo a una selección limitada de compañías, instituciones y expertos profesionales que pertenecen a varios sectores, y que han fomentado la conciencia del emprendedor y del buen hacer de las empresas.

Ver artículo completo

Parte 3 - Osteointegración: Pruebas, Dificultades y Éxitos
Parte 3 - Osteointegración: Pruebas, Dificultades y Éxitos

Octubre / October 17, 2017

A principios de la década de 1970, cuando Brånemark estaba profundamente inmerso en su investigación sobre la osteointegración, otros europeos siguieron su ejemplo. Entre ellos cabe mencionar a André Schröeder de la Universidad de Berna, en Suiza, que por entonces estaba trabajando en un implante similar para aplicación clínica en colaboración con el renombrado Instituto Straumann.

Long-term follow-up study of osseointegrated implants in the treatment of totally edentulous jaws.Adell R, Eriksson B, Lekholm U, Brånemark Pl, Jemt T. Int J Oral Maxillofac Implants 1990 Winter;5(4):347-59. PMID: 2094653

Ver artículo completo