La estructura molecular de la madera es lo que le da al material su fuerza y flexibilidad y nuevas investigaciones están descubriendo sus secretos.
Una nueva investigación del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge tiene como objetivo comprender qué hace que la madera sea fuerte para que sepamos cómo hacerla aún más fuerte. El equipo espera que sus hallazgos puedan guiar futuros programas de mejoramiento forestal hacia la producción de madera más fuerte que nunca y respaldar el renovado interés que está recibiendo la madera como material de construcción alternativo al acero y al hormigón.
De madera ser agradable?
Es la arquitectura molecular de la madera la que determina su resistencia, pero hasta ahora no conocíamos la disposición molecular precisa de las estructuras cilíndricas llamadas macrofibrillas en las células de la madera, dice el Dr. Jan Lyczakowski, primer autor del artículo del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge.
Esta nueva técnica nos ha permitido ver la composición de las macrofibrillas y cómo la disposición molecular difiere entre las plantas, y nos ayuda a comprender cómo esto podría afectar la densidad y la resistencia de la madera.
Si bien existe la voluntad, todavía faltaba una manera en que la madera simplemente tenga propiedades mecánicas inferiores a los materiales que queremos reemplazar. Su principal limitación viene en lo que respecta a las superestructuras de carga de los grandes edificios. Aquí, la madera simplemente no puede realizar la tarea: se dobla y se rompe.
Sin embargo, el equipo cree que la falla no radica en el material en sí, sino en nuestra comprensión limitada de la estructura precisa de las células de madera.
La madera es fuerte porque cada celda que la compone está rodeada por una pared gruesa y resistente. Esta pared secundaria está construida con una mezcla de polímeros, celulosa, hemicelulosa, reforzada además con lignina. El equipo, que también incluía a miembros del Laboratorio Sainsbury de la Universidad de Cambridge (SLCU), utilizó microscopía electrónica de barrido a baja temperatura (crio-SEM) para observar la arquitectura a nanoescala de las paredes de las células arbóreas vivas. Estaban mirando los detalles microscópicos de las macrofibrillas en la pared secundaria, que son moléculas largas 1000 veces más estrechas que el ancho de un cabello humano.
Recolectaron muestras de abetos, ginkgos y álamos en el Jardín Botánico de la Universidad de Cambridge. Cada muestra se congeló rápidamente para mantener las células en un estado similar a la vida y luego se cubrió con una película de platino de tres nanómetros de espesor para que se pudiera ver bajo el microscopio electrónico.
Nuestro crio-SEM es un avance significativo con respecto a las técnicas utilizadas anteriormente y nos ha permitido obtener imágenes de células de madera hidratadas por primera vez, dijo el Dr. Raymond Wightman, gerente de instalaciones centrales de microscopía en SLCU.
Ha revelado que hay estructuras de macrofibrillas con un diámetro superior a 10 nanómetros tanto en especies de madera blanda como de madera dura, y ha confirmado que son comunes en todos los árboles estudiados.
Los investigadores también observaron las paredes celulares secundarias del berro thale (Arabidopsis thaliana), una planta que se utiliza como organismo modelo en la investigación genética y de biología molecular. La planta también mostró las mismas estructuras de macrofibrillas. Utilizando varias de estas plantas, cada una de las cuales mostraba diferentes mutaciones relacionadas con la pared celular secundaria y su formación, el equipo también pudo identificar el papel de moléculas específicas en el desarrollo de las macrofibrillas. Basándose en sus resultados, el equipo recomienda el berro thale como un modelo adecuado para futuros programas de mejoramiento forestal.
Visualizar la arquitectura molecular de la madera nos permite investigar cómo cambiar la disposición de ciertos polímeros dentro de ella podría alterar su resistencia, dijo el profesor Paul Dupree, coautor del estudio en el Departamento de Bioquímica de Cambridge.
Comprender cómo se unen los componentes de la madera para crear estructuras súper fuertes es importante para comprender cómo maduran las plantas y para el diseño de nuevos materiales.
Si podemos aumentar la resistencia de la madera, podemos comenzar a ver más construcciones importantes que se alejan del acero y el hormigón a la madera.
El artículo Imagen estructural de paredes celulares secundarias crioconservadas nativas revela la presencia de macrofibrillas y su formación requiere biosíntesis normal de celulosa, lignina y xilano se ha publicado en la revista Frontiers in Plant Science .
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