Retrosíntesis biomimética en gastrolitos de Langosta Tenaza Roja (Cherax quadricarinatus) mediante técnica de mineralización usando polímeros sintéticos

Abstract

La biomimética o mimetismo de lo biológico es una disciplina muy antigua que trata de imitar algo preexistente en la naturaleza, por lo tanto tiene como fuente de inspiración alguna característica o habilidad biológica de los organismos para generar materiales útiles para el ser humano. Debido a la necesidad del ser humano por alcanzar nuevos logros y seguir superando sus limitaciones son que la biomimética ha alcanzado la importancia tecnológica que tiene actualmente. Por tal razón numerosas investigaciones se han realizado con el objeto de dilucidar los diferentes mecanismos moleculares que permitan conocer como se forman estos biomateriales de origen biológico y obtener materiales más complejos con características superiores a las ya existentes. Dado al menor conocimiento que se tiene sobre los materiales amorfos, en la presente memoria de título se estudió un tipo de reserva inorgánico de tipo amorfo del carbonato de calcio (CaCO3) del crustáceo Cherax quadricarinatus llamado gastrolito. Cherax quadricarinatus es un crustáceo que vive en zonas de agua dulce y que presenta un exoesqueleto que muda constantemente. Los gastrolitos son concreciones altamente calcificadas, encontradas en la zona cardiaca del estómago de algunos Decápodos, que actúan como reservorios temporales formados por CaCO3 de tipo amorfo (CCA), material inorgánico crucial para el proceso de muda de su exoesqueleto y un excelente modelo de mineralización de CCA. En estudios de biomineralización se han usado variados tipos de aditivos para evaluar la participación de éstos en ensayos de cristalización in vitro de CaCO3. En esta memoria de título se utilizaron diferentes polímeros acídicos comerciales tales como: ácido fítico (AF), ácido poliaspártico (APS) y ácido poliacrílico (APA) en conjunto con sustratos (esponja y gastrogel) y proteoglicanos (PGS) de fracciones solubles (PG-FS) e insoluble (PG-FI) obtenidos a partir del gastrolitos como aditivos en la cristalización del CaCO3. Los ácidos AF, APS y APA son polímeros comerciales usados por el ser humano en diferentes procesos industriales y que han mostrado tener efectos modificadores sobre la cristalización del CaCO3. 7 El proceso in vitro de cristalización del CaCO3 fue el método de difusión de gases y las técnicas de caracterización de los cristales obtenidos fueron la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la difracción de rayos X (XRD), con los cuales se pudo observar la morfología y determinar la estructura cristalina del CaCO3 obtenidos en las diferentes combinaciones ensayadas de polímeros, sustratos (esponja y gastrogel) y proteoglicanos de ambas fracciones (PG-FS; PG-FI) durante la cristalización de CaCO3. Encontramos que los sustratos esponja y gastrogel al ser usados como aditivos únicos en los ensayos de mineralización de CaCO3 mostraron una clara tendencia a la formación de estructuras amorfas y un efecto modulador mecánico del depósito cristalino. Con PG-FS se obtuvieron cristales de CaCO3 con morfología semejantes a los polimorfos de aragonita y calcita y estructuras cristalinas del tipo aragonita, calcita y vaterita, los cuales se determinaron mediante XRD. Sin embargo, con PG-FI se obtuvieron cristales con morfología similar a los polimorfos de aragonita y vaterita y se determinaron estructuras cristalinas del tipo aragonita, calcita y vaterita mediante XRD. Por otro lado, el uso de APA como único aditivo indujo la formación de estructuras cristalinas con morfologías esféricas observadas con SEM y estructuras cristalinas del tipo aragonita y calcita determinadas por XRD. Cuando el APS fue usado se observaron cristales con morfologías espiculadas y estructuras cristalinas del tipo aragonita, calcita y vaterita mediante XRD. Sin embargo, con AF como aditivo se observaron cristales con morfologías irregulares y se determinaron los polimorfos aragonita, calcita y vaterita mediante XRD. Por último, cuando AF se utilizó en presencia de otros aditivos o sustratos se obtuvieron cristales con morfología espiculadas, esféricas, romboédricas, etc. La determinación morfológica de los cristales de CaCO3 in vitro obtenidos mediante el proceso de difusión de gases fueron observados claramente mediante SEM y la determinación cristalina de sus polimorfos mediante XRD confirmando la importancia del efecto nucleador de los diferentes polímeros en combinación con sustratos de origen biológico, creemos, sin embargo, que el uso de nuevas técnicas de caracterización como AFM, XPS y microscopía electrónica de transmisión (TEM) potenciarían enormemente la presente memoria de título contribuyendo a un mejor entendimiento de los procesos moleculares involucrados en los ensayos de cristalización biológica de minerales inorgánicos como el CaCO3. Finalmente concluimos que es importante seguir ahondando en el conocimiento de la formación cristalina de materiales inorgánicos con el objeto de desarrollar nuevos materiales útiles para el ser humano y la creación de nuevas tecnologías de materiales, los cuales podrían llevar al hombre a nuevas fronteras aún no conocidas.