Prácticamente cualquier estructura en 3D se puede reproducir con un folio. Científicos e ingenieros de todo el mundo estudian los secretos del origami para aplicar esa versatilidad a sus áreas de estudio. La capacidad de doblarse y recuperar la forma resulta útil en campos como la biomedicina o la industria aeroespacial.
Además, la técnica puede aplicarse a estructuras de cualquier tamaño, desde nanorrobots hasta grandes paneles solares de satélites espaciales. El arte de dar caprichosas formas al papel tiene más aplicaciones que la meramente decorativa. Son las 1001 caras del origami.
Nanojaulas de proteínas
La principal premisa de esta técnica japonesa es crear figuras con una hoja de papel sin la ayuda de tijeras ni pegamento. El origen de la palabra lo deja claro: “ori” (doblar) y “kami” (papel). Un equipo internacional de investigadores ha seguido esta idea para crear nanojaulas de proteínas con aplicaciones biomédicas.
Como explica a OpenMind Roman Jerala, director del departamento de Biología Sintética e Inmunología del Instituto Nacional de Química de Eslovenia y autor principal del trabajo, su tecnología pliega la cadena polipeptídica —una cadena de un tipo de moléculas, los péptidos— en diminutas jaulas con formas de poliedro.
“La forma final se define por el orden de los módulos que se autoensamblan de la manera correcta”, señala el bioquímico. Los científicos, cuyo trabajo se publica en la revista Nature Biotechnology, diseñaron tetraedros, pirámides rectangulares y prismas triangulares de entre cinco y diez nanómetros de diámetro. Las jaulas se autoensamblaron correctamente en bacterias, células de mamíferos y ratones vivos, sin causar efectos secundarios no deseados.
Los autores ven un amplio abanico de aplicaciones biomédicas para estas miniestructuras. “Desde la encapsulación de enzimas o fármacos, a la entrega dirigida y la liberación de moléculas, el diseño de vacunas y las máquinas moleculares”, resume Jerala. El siguiente paso será crear figuras que se abran y cierren en respuesta a estímulos externos como la luz o el pH.
Metamorfosis robótica
Precisamente los minirrobots diseñados por Shuhei Miyashita y su equipo se activan por un estímulo externo: el calor. Como publican en la revista Science, han conseguido que un pequeño cubo magnético se transforme en un robot que camina, rueda, flota y se desliza.
“El origami ofrece un gran potencial para convertir una forma 2D a una 3D”, indica a OpenMind Miyashita, investigador del grupo de Sistemas Inteligentes y Nanociencia de la Universidad de York (Reino Unido) y responsable del trabajo. El pequeño cubo se desplaza por una superficie magnética hasta situarse sobre una lámina de origami, que lo recubre. A esta capa se le pueden superponer más y el cubo sigue desplazándose. Cuando se sumerge en agua, se desprende de ellas o flota.
Las láminas de origami son de poliéster metalizado aunque en otro trabajo los investigadores usaron la pared del intestino del cerdo por ser biodegradable. Una de sus aplicaciones se centra en el ámbito quirúrgico. “Estamos desarrollando robots quirúrgicos de origami que pueden ingerirse, cambiar sus capacidades y finalmente, degradarse y digerirse”, avanza Miyashita. Otra utilidad son las operaciones de rescate; los robots podrían llegar y adoptar la forma necesaria donde no llegan los servicios de emergencia humanos.
Papiroflexia en el espacio
En general, la técnica del origami se limita a doblar láminas de papel finas. ¿Pero qué ocurre si queremos trabajar con materiales mucho más gruesos? Es lo que investiga Zhong You, catedrático de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford (Reino Unido). El ingeniero ha ideado un método innovador para que los paneles gruesos se puedan doblar.
“La ventaja es que la lámina gruesa seguirá la ruta del proceso de plegado de origami diseñado para las hojas finas”, declara You a OpenMind, cuyo artículo se publica en la revista Science. Con otros métodos, la lámina se vuelve demasiado flexible, doblándose hacia otras formas no deseadas por el diseñador.
Dos ejemplos de materiales gruesos en los que podría utilizarse esta nueva técnica son los paneles solares y las superficies reflectantes de las antenas de los satélites enviados al espacio. Para limitar los movimientos del material, los investigadores han utilizado enlaces mecánicos de cuatro, cinco y seis vértices. Con ellos han conseguido uniones 3D que reproducen el movimiento lineal visto en los modelos de origami.
Útil para el universo celular
Observar los procesos biológicos que tienen lugar dentro de las células no es una tarea sencilla. Con la ayuda de moléculas fluorescentes, un equipo de científicos desarrolló hace un par de décadas la microscopía de superresolución, que permite adentrarse en el universo celular con un detalle sin precedentes.
La técnica le valió el Nobel de Química de 2014 a sus descubridores y hoy científicos de todo el mundo la utilizan en sus laboratorios. Para mejorar la precisión de la tecnología, un equipo internacional de investigadores ha diseñado un origami de ADN con una estructura de doce hélices combinada con anticuerpos GFP (una proteína verde fluorescente).
Como revela el estudio, publicado en la revista Nature Methods, la tecnología sirve para cuantificar el número de copias de proteínas en entornos celulares utilizando la microscopía de superresolución. Los autores esperan que su método se llegue a extender como un sistema de calibración estándar.
Laura Chaparro
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