Los pies de Gecko están recubiertos con una capa ultrafina de lípidos que ayudan a mantenerlos pegajosos.

(Noticias de Nanowerk) Los geckos son famosos por sus patas adherentes, que les permiten escalar superficies verticales con facilidad. Obtienen este aparente superpoder de millones de estructuras microscópicas similares a cabellos en los dedos de los pies.

Ahora, los científicos han examinado más de cerca estas estructuras, llamadas setas, y han descubierto que están recubiertas con una película ultrafina de moléculas de lípidos hidrofóbicos, de solo un nanómetro o mil millonésimas de metro de espesor.

Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) analizaron la superficie de las setas utilizando rayos X de alta energía emitidos por un tipo de acelerador de partículas llamado sincrotrón. El microscopio de sincrotrón mostró que las moléculas de lípidos recubren la superficie de las setas en formaciones densas y ordenadas. Una ilustración de una espátula de gecko, una estructura de tamaño nanométrico en los dedos del animal que contribuye a su agarre. Las hojas verdes representan proteínas de queratina. Los garabatos grises representan moléculas de lípidos Basado en datos del microscopio de sincrotrón NIST. (Imagen: Marianne Meijer/Kerncraft Arte y Gráficos)

Los lípidos pueden desempeñar un papel en este proceso porque son hidrofóbicos, lo que significa que repelen el agua. «Los lípidos podrían servir para empujar el agua debajo de las espátulas, permitiéndoles hacer un contacto más cercano con la superficie», dijo el físico y coautor Tobias Weidner de la Universidad de Aarhus en Dinamarca. «Esto ayudaría a los geckos a mantener su equilibrio sobre superficies mojadas».

Las setas y la espátula están hechas de un tipo de proteína de queratina similar a la que se encuentra en el cabello y las uñas de los humanos. Son extremadamente sensibles. Los investigadores demostraron que las fibras de queratina están alineadas hacia las setas, lo que podría ayudarlas a resistir la abrasión.

«Para mí, lo más emocionante de este sistema biológico es que todo está perfectamente optimizado en todos los niveles, desde lo macro hasta lo micro y lo molecular», dijo el biólogo y coautor Stanislav Gorb de la CAU. «Esto puede ayudar a los ingenieros biomiméticos a saber qué hacer a continuación».

«Puedes pensar en botas de gecko que no resbalen sobre superficies mojadas, o guantes de gecko para sujetar herramientas mojadas», dijo el físico y coautor del NIST, Dan Fischer. «O un vehículo que pueda subir paredes, o un robot que pueda conducir e inspeccionar líneas eléctricas».

El microscopio de sincrotrón NIST que los investigadores utilizaron para analizar las setas es único en su capacidad para identificar moléculas en la superficie de un objeto tridimensional, medir su orientación y mapear su posición. Está ubicado en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., donde la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II, un acelerador de partículas de 800 m de largo, proporciona una fuente de rayos X de alta energía para la iluminación.

Este microscopio se usa normalmente para comprender la física de materiales industriales avanzados, como baterías, semiconductores, paneles solares y dispositivos médicos.

«Pero descubrir cómo funcionan las patas de los geckos es fascinante», dijo Fischer, «y podemos aprender mucho de la naturaleza cuando se trata de mejorar nuestra propia tecnología». Izquierda: Pie de un gecko. Centro: Una micrografía electrónica de barrido de estructuras similares a cabellos en los dedos de los pies de los gectoes, llamadas setas, con «sp» que indica la ubicación de estructuras más pequeñas llamadas espátula. Derecha: primer plano de una sola espátula. (Foto de la izquierda: Bjørn Christian Tørrissen, CC BY-SA 3.0; Imágenes de microscopio: Stanislas Gorb/Universidad de Kiel)

Un equipo internacional de investigadores publicó los resultados en letras de biologia («Prueba de que los geckos están recubiertos con una fina película lipídica nanométrica ordenada»). Un artículo adjunto anterior publicado en Letras de química física («Estructura de queratinas en setas adhesivas de gecko determinada por espectromicroscopía de estructura fina de absorción de rayos X cerca del borde»), utilizó la misma técnica para mostrar cómo se alinean las hebras de proteína individuales que forman las setas.

«Ya se sabía mucho sobre cómo funcionan mecánicamente las setas», dijo el físico y coautor del NIST, Cherno Jaye. «Ahora entendemos mejor cómo funcionan en términos de su estructura molecular».

Los geckos han inspirado muchos productos, incluidas las cintas adhesivas con microestructuras similares a cerdas. Comprender las propiedades moleculares de las setas podría impulsar a los inventores que se inspiran en la naturaleza, un concepto llamado biomimética, para crear diseños aún mejores.

Las setas brindan poder adhesivo porque son flexibles y se adaptarán a los contornos microscópicos de cualquier superficie sobre la que suba el gecko. Incluso las estructuras más pequeñas en los extremos de las setas, llamadas espátulas, hacen un contacto tan íntimo con la superficie de escalada que los electrones en ambos materiales interactúan, creando un tipo de atracción llamada fuerzas de van der Waals. Para liberar su pie, que de otro modo podría atascarse, el gecko cambia el ángulo de las setas, interrumpiendo esas fuerzas y permitiendo que el animal dé el siguiente paso.