La seda de la humilde araña tiene algunas propiedades bastante impresionantes. Es uno de los materiales más resistentes que se encuentran en la naturaleza, más fuerte que el acero y más resistente que el Kevlar. Se puede estirar varias veces su longitud antes de que se rompa. Por estas razones, replicar seda de araña en el laboratorio ha sido una obsesión entre los científicos de materiales durante décadas.
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Ahora, los investigadores de la Universidad de Cambridge han creado un nuevo material que imita la resistencia, el estiramiento y la capacidad de absorción de energía de la seda de araña. Este material ofrece la posibilidad de mejorar productos desde cascos de bicicleta hasta paracaídas, desde chaquetas antibalas hasta alas de avión. Quizás su propiedad más impresionante? Es 98 por ciento de agua.
"Las arañas son modelos interesantes porque pueden producir estas magníficas fibras de seda a temperatura ambiente utilizando agua como disolvente", dice Darshil Shah, ingeniero del Centro de Innovación de Materiales Naturales de Cambridge. "Las arañas de este proceso han evolucionado durante cientos de millones de años, pero hasta ahora no hemos podido copiar".
Las fibras hechas en laboratorio se crean a partir de un material llamado hidrogel, que es 98 por ciento de agua y 2 por ciento de sílice y celulosa, las dos últimas unidas por cucurbiturilos, moléculas que sirven como "esposas". Las fibras de sílice y celulosa se pueden extraer del hidrogel Después de aproximadamente 30 segundos, el agua se evapora, dejando solo el hilo fuerte y elástico.
Las fibras son extremadamente fuertes, aunque no tan fuertes como las sedas de araña más fuertes, y, significativamente, se pueden fabricar a temperatura ambiente sin solventes químicos. Esto significa que si se pueden producir a escala, tienen una ventaja sobre otras fibras sintéticas como el nylon, que requieren temperaturas extremadamente altas para el hilado, lo que hace que la producción textil sea una de las industrias más sucias del mundo. La seda de araña artificial también es completamente biodegradable. Y dado que está hecho de materiales comunes y de fácil acceso, principalmente agua, sílice y celulosa, tiene el potencial de ser asequible.
Debido a que el material puede absorber tanta energía, podría usarse como tela protectora.
"Las arañas necesitan esa capacidad de absorción porque cuando un pájaro o una mosca golpea su red, necesita poder absorber eso, de lo contrario se romperá", dice Shah. "Entonces, cosas como ropa militar resistente a la metralla u otra ropa protectora, esa sería una aplicación emocionante".
Otras aplicaciones potenciales incluyen tela de vela, tela de paracaídas, material para globos aerostáticos y cascos para bicicleta o patineta. El material es biocompatible, lo que significa que podría usarse dentro del cuerpo humano para cosas como puntos de sutura.
Las fibras también podrían modificarse de varias maneras interesantes, dice Shah. Reemplazar la celulosa con varios polímeros podría convertir la seda en un material completamente diferente. El método básico podría replicarse para producir versiones de muchos tejidos que requieren poco calor y no requieren solventes químicos.
"Es un método genérico para fabricar todas las fibras, para hacer que cualquier forma de fibra [artificial] sea verde", dice Shah.
Shah y su equipo están lejos de ser los únicos científicos que trabajan en la creación de seda de araña artificial. A diferencia de los gusanos de seda, que se pueden cultivar por su seda, las arañas son caníbales que no tolerarían los espacios cercanos necesarios para la agricultura, por lo que recurrir al laboratorio es la única forma de obtener cantidades significativas del material. Cada pocos años trae titulares sobre nuevas incursiones en el proceso. Un equipo alemán ha modificado la bacteria E-coli para producir moléculas de seda de araña. Los científicos de la Universidad Estatal de Utah criaron "cabras araña" genéticamente modificadas para producir proteínas de seda en su leche. El ejército de los Estados Unidos está probando "seda de dragón" producida a través de gusanos de seda modificados para su uso en chalecos antibalas. A principios de este año, los investigadores del Instituto Karolinska en Suecia publicaron un documento sobre un nuevo método para usar bacterias para producir proteínas de seda de araña de una manera escalable y potencialmente sostenible. Y esta primavera, la startup Bolt Threads, con sede en California, estrenó corbatas de seda de araña bioingeniería en el festival SXSW. Su producto se elabora mediante un proceso de fermentación de levadura que produce proteínas de seda, que luego pasan por un proceso de extrusión para convertirse en fibras. Es lo suficientemente prometedor como para haber generado una asociación con el fabricante de exteriores Patagonia.
Pero, como señala una historia de Wired de 2015, "hasta ahora, cada grupo que ha intentado producir lo suficiente para llevarlo al mercado de masas, desde investigadores hasta corporaciones gigantes, ha fracasado".
Este es el desafío que Shah y su equipo enfrentan en este momento.
"Actualmente fabricamos unas pocas decenas de miligramos de estos materiales y luego extraemos fibras de ellos", dice. "Pero queremos intentar hacer esto a una escala mucho mayor".
Para hacerlo, el equipo está trabajando en un dispositivo robótico para tirar y hacer girar fibras más rápidamente y a mayor escala que antes. Han tenido cierto éxito, dice Shah, y continúan explorando el proceso.
"Todavía estamos en las primeras etapas de la investigación", dice.
Los hallazgos del equipo fueron publicados recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
