Crean ladrillos capaces de regenerarse a sí mismos

Los descubrimientos más sorprendentes a veces no vienen de un único campo científico, sino de varios. Por esa razón, en la ciencia actual se promueve la multidisciplinariedad, el trabajo coordinado entre científicos de diferentes especialidades para aportar nuevas ideas a conocimientos ya consolidados. Un buen ejemplo de ello es lo que sucede cuando biólogos e ingenieros trabajan en equipo: un proyecto para crear cemento y ladrillos que estén “vivos”.

Todo comenzó con el descubrimiento de la biomineralización, el proceso por el cual algunos organismos vivos son capaces de generar minerales a partir de la materia orgánica que consumen. Dicho de este modo puede parecer un proceso extraño y limitado a unos pocos seres vivos, pero es bastante común. De hecho, algunas células de nuestro propio cuerpo lo realizan, como los osteoblastos que generan cristales de carbonato cálcico durante la formación de nuestros huesos.

Los minerales más comunes que forman a los seres vivos son los fosfatos y carbonatos cálcicos, que se mezclan con proteínas como el colágeno y la quitina para formar conchas y huesos. Pero aunque son los más frecuentes, no son los únicos. Los biólogos han encontrado hasta 55 minerales diferentes sintetizados por algún ser vivo, algunos tan extraños como depósitos de cobre, oro o hierro creados por determinadas bacterias.

Los materiales que crea la biomineralización suelen tener aplicaciones de defensa o sostenimiento, por lo que son especialmente duros y resistentes. A través del microscopio se observa que no tienen un armazón regular como el de un edificio, sino que se asemeja más a un conglomerado caótico de cristales, algo difícil de replicar en la construcción.

Y precisamente fue esta capacidad la que sedujo a los ingenieros en busca de nuevos materiales de edificación. Si se lograba aprovechar un material con la ligereza y fuerza de los materiales biológicos podía dar pie a construcciones más estables y duraderas. Pero el primer objetivo de esta unión entre ingenieros y biólogos era obtener uno de los santos griales de la ingeniería: un edificio que se reparara solo.

Obreros microscópicos

Hay muchos materiales con los que se puede construir un edificio, pero cada uno tiene ciertas limitaciones. Los edificios hechos de ladrillo suelen ser bastante pesados y tienen poca resistencia a los terremotos, es por eso que en Japón no se ve ningún edificio de este material. Allí se prefiere edificar con madera, un material más flexible y ligero.

Pero estos dos materiales tienen el mismo problema: no permiten construir fácilmente edificios de más de cinco pisos de altura. Los edificios altos de ladrillo pesan demasiado, su base se hunde bajo el peso del resto del edificio, y la madera, que no es especialmente resistente, se acaba combando. Para hacer edificios altos, necesitamos materiales que sean tanto ligeros como resistentes, y uno de los mejores materiales de la actualidad es el hormigón.

En una obra de construcción se puede ver el proceso. Primero se monta un esqueleto de hierro forjado que dé una estructura y forma al edificio. Su función es idéntica al esqueleto de nuestro cuerpo: aportar un lugar de estabilidad en el que sujetar todo. Luego se aplica la técnica del encofrado, en el cual se añade el hormigón en unos moldes mientras aun está húmedo, formando columnas y suelos alrededor del esqueleto de hierro.

El hormigón es un elemento muy ligero pero resistente, capaz de permanecer unido alrededor de la estructura de metal y tener un edificio alto sin costar demasiado dinero ni dificultades. El único problema es que puede deteriorarse ante terremotos, el paso del tiempo o un daño exagerado (como una explosión en una planta). En estos casos se generan pequeñas grietas internas a las que son difíciles de acceder y de rellenar, poniendo en peligro la integridad completa del edificio.

Para solucionar este problema, los ingenieros pensaron en la biomineralización. Existen esponjas de mar capaces de crear silicatos a partir de la arena con una consistencia similar al hormigón, el cual sería útil para cerrar las fisuras. Pero en vez de usar esponjas, nuestros avances de ingeniería genética actuales nos permiten crear bacterias transgénicas capaces de tener esta habilidad.

De este modo, se creó un hormigón especial mezclando las esporas de estas bacterias con el hormigón. La bacteria permanece latente en el interior del hormigón hasta que hay alguna fractura. En ese momento, solo necesita un poco de agua y glucosa para alimentarse y ya puede encargarse de transformar la arena de los restos del hormigón en un silicato endurecido. Tendremos así un hormigón lleno de microscópicos obreros capaz de regenerarse, y los operarios solo tendrían que echar agua en la zona de fisura para ver cómo se cierra en unas horas.

Pero existe un punto débil, y es que el cemento no es el mejor lugar del mundo para que las bacterias puedan crecer. Aunque estén situadas en la grieta y tengan comida, la temperatura no es la ideal y el cemento tampoco tiene una buena humedad para que puedan vivir fácilmente. Por ese motivo, al probar este cemento en condiciones reales, las bacterias suelen morir antes de cerrar por completo la fractura. Aun así, sigue siendo un cemento útil para fisuras pequeñas y funciona mejor en países de alta humedad y temperatura.

Pero no hace falta desesperarse. Está claro que esta limitación es importante, pero quizá podemos pensar en otra aplicación. ¿Y si hacemos ladrillos?

El ataque de los ladrillos vivientes

Recientemente, un equipo de investigadores estadounidenses ha adaptado este cemento para fabricar ladrillos biológicos. Es un cambio de enfoque inteligente, ya que los ladrillos pueden ser fabricados en otro sitio diferente al de la obra y podemos cuidar a las bacterias constructoras mientras fabrican el ladrillo.

Con esta idea, crearon un “cultivo” de ladrillos, al que se añade arena, gelatina y la cepa de bacterias constructoras. Las bacterias usan la gelatina como alimento y soporte para poder crecer libremente mientras crean el silicato, generando, un ladrillo sólido con una estructura y fuerza similar a la del hormigón. Luego podemos darle un tratamiento de calor al ladrillo para eliminar de manera ingrata a sus constructoras y llevarlo a la obra.

El cultivo de ladrillos es un proceso mucho más económico y rápido que el sistema tradicional. Además, es menos contaminante ya que no requiere casi energía. Se asemeja más a cuando dejamos un bizcocho con la levadura. Nosotros dejamos el material del ladrillo y las bacterias se encargan del proceso.

Pero lo mejor de todo es que estos ladrillos pueden “reproducirse”. Podemos coger un ladrillo, partirlo a la mitad y poner cada parte en un molde del tamaño del ladrillo original. Si añadimos más arena y gelatina, y esperamos seis horas, volveremos a tener dos ladrillos completos. Esto multiplica la velocidad de obtención de ladrillos de manera sencilla.

Las expectativas son buenas. En el estudio los científicos comprobaron que los ladrillos que se forman son suficientemente ligeros y estables como para poder ser usados en construcción. Ahora siguen buscando mejores cepas de bacterias que permitan una formación del ladrillo más rápida. Actualmente usan cianobacterias, una cepa conocida por su bajo coste y su gran resistencia a temperaturas anormales, lo cual es un añadido.

Con estos dos estudios se abre la veda para pensar de manera realista en edificios con propiedades biológicas. Es posible crear un material capaz de cambiar de color con la luz o que responda a un contaminante eliminándolo. Son capacidades que siempre han sorprendido a los biólogos por su utilidad y engañosa simpleza. Ahora puede que podamos aprovecharlas para el hogar.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Las bacterias transgénicas usadas para el estudio también están controladas para limitar su reproducción, evitando cualquier posible contaminación medioambiental.
• Casi nunca entramos en contacto con el hormigón de un edificio. Existen múltiples capas de ladrillo, pintura y yeso para protegerlo de posibles daños e inclemencias. Los habitantes de un edificio no podrían acceder fácilmente a estas bacterias ni podrían afectar a su estado.

REFERENCIAS:

• Wang, Jianyun., et al. “Self-Healing Concrete by Use of Microencapsulated Bacterial Spores.” Cement and Concrete Research, vol. 56, Elsevier Ltd, 2014
• Heveran, Chelsea M., et al. “Biomineralization and Successive Regeneration of Engineered Living Building Materials.” Matter, Jan. 2020