Cuando se trata de confeccionar la compleja mezcla de moléculas que componen las fibras de seda natural, la naturaleza vence a la ingeniería humana sin dudarlo. A pesar de los esfuerzos por sintetizar el material, las variedades artificiales aún no pueden igualar la fuerza de la fibra natural.

Pero al comenzar con la seda producida por los gusanos de seda, descomponiéndolo químicamente, y luego volver a montarlo, Los ingenieros han descubierto que pueden fabricar un material que es más del doble de rígido que su contraparte natural y se puede moldear en estructuras complejas como mallas y celosías.

El nuevo material se denomina fibra de seda regenerada (RSF) y podría encontrar una gran cantidad de aplicaciones en entornos comerciales y biomédicos. dicen los investigadores. Los hallazgos se informan en la revista. Comunicaciones de la naturaleza , en un artículo del profesor de ingeniería de McAfee, Markus Buehler, postdoctorado Shengjie Ling, científico investigador Zhao Qin, y otros tres en la Universidad de Tufts.

Algunos tipos de seda producida por arañas se encuentran entre los materiales más resistentes que se conocen, libra por libra. Pero a diferencia de los gusanos de seda, las arañas no se pueden criar para producir las fibras en cantidades útiles. Varios investigadores, incluyendo Buehler y sus colaboradores, han intentado hacer seda puramente sintética en su lugar, pero esos esfuerzos aún no han producido fibras que puedan igualar la fuerza de las versiones naturales.

En lugar de, el equipo ha desarrollado una forma de aprovechar las mejores cualidades de la seda natural producida por los gusanos de seda, mientras lo procesa de una manera que lo hace más fuerte y abre una amplia variedad de nuevas formas y estructuras que nunca podrían formarse a partir de seda natural.

La clave es romper la seda natural, pero no demasiado, dice el equipo. Es decir, disuelven los capullos construidos por los gusanos de seda, no hasta el punto de que la estructura molecular del material se rompa, sino en una forma intermedia compuesta de microfibrillas. Estos diminutos Los ensamblajes en forma de hilo conservan algunas de las estructuras jerárquicas importantes que dan a la seda su fuerza.

Buehler, quien es el jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, compara este reciclaje de materiales con el derribo de una vieja casa de ladrillos. En lugar de simplemente derribar la casa en un montón de escombros, sin embargo, los ladrillos individuales se separan cuidadosamente y luego se utilizan para construir una nueva estructura. "La naturaleza es aún mejor en la creación de microestructuras" que, como se demostró en algunas de sus investigaciones anteriores, son responsables de la rigidez única de la seda, propiedades elásticas, él dice. "En este caso, aprovechamos lo que nos brinda la naturaleza ".

Aunque el hilo y la tela de seda son caros, El costo del material proviene principalmente del proceso intensivo en mano de obra de desenredar el hilo del capullo y tejerlo, no de la producción real de los gusanos de seda y sus capullos, que son bastante económicos, explica Ling. Al por mayor, los capullos de gusanos de seda sin procesar cuestan solo alrededor de $ 5 por kilogramo (2.2 libras), él dice.

Rompiendo la seda y luego extruyéndola a través de una pequeña abertura, los investigadores descubrieron que podían producir una fibra dos veces más rígida que la seda convencional y que se acercaba a la rigidez de la seda de la línea de arrastre de araña. Este proceso podría abrir una variedad de posibilidades para nuevos usos. Por ejemplo, La seda es una sustancia naturalmente biocompatible que no produce reacciones adversas en el organismo. por lo que el nuevo material podría ser ideal para aplicaciones como suturas médicas, o andamios para el crecimiento de piel nueva u otros biomateriales.

El método también permite a los investigadores dar forma al material de formas que nunca podrían ser duplicadas por la seda natural. Podría formarse por ejemplo, en mallas, tubos, fibras mucho más gruesas que la seda natural, bobinas hojas y otras formas. "No estamos satisfechos con lo que producen [los gusanos de seda], Buehler dice:"Queremos fabricar nuestros propios materiales nuevos".

Tales formas se pueden crear utilizando el material reconstituido en una especie de sistema de impresión 3-D personalizado para la solución de seda, Dice Qin. Y una ventaja del nuevo proceso es que se puede llevar a cabo utilizando tecnologías de fabricación convencionales, por lo que ampliarlo a cantidades comerciales no debería ser difícil. Las propiedades específicas de la fibra, incluyendo su rigidez y tenacidad, se puede controlar según sea necesario simplemente variando la velocidad del proceso de extrusión.

Estas fibras reconstituidas también son muy sensibles a diferentes niveles de humedad, y pueden hacerse eléctricamente conductores añadiendo una fina capa de otro material, como una capa de nanotubos de carbono. Esto podría permitir su uso en una variedad de dispositivos de detección, donde una superficie cubierta con una capa o malla de tales fibras podría responder a la presión de la yema de un dedo, o cambios en las condiciones ambientales.

Una posible aplicación, por ejemplo, podría ser una sábana hecha de esas fibras, Buehler dice. Una sábana de este tipo podría usarse en centros de cuidados de enfermería para ayudar a evitar las úlceras por presión controlando la presión y advirtiendo automáticamente a los cuidadores cuando un paciente ha estado acostado en la misma posición durante demasiado tiempo con presión en un área particular del cuerpo. Estas aplicaciones podrían hacerse prácticas muy rápidamente, él dice, ya que no quedan obstáculos reales para producir material adecuado para tales usos.