La imagen muestra cómo las fibras de proteína en la corteza del cabello humano se deslaminan cuando el cabello se rompe, sugiriendo fracturas de cabello humano en un modo de corte. Crédito:Wen Yang
A pesar de ser cuatro veces más grueso que el cabello humano, El pelo de elefante es solo la mitad de fuerte; ese es solo un hallazgo de los investigadores que estudian la fuerza del cabello de muchos mamíferos diferentes. Su trabajo, que aparece en un artículo publicado el 11 de diciembre en la revista Importar , muestra que el cabello fino tiende a ser más fuerte que el cabello grueso debido a la forma en que se rompe.
"Nos sorprendió mucho el resultado, "dice el primer autor Wen Yang, investigador de nanoingeniería en la Universidad de California, San Diego. "Porque, intuitivamente, pensamos que el cabello grueso es más fuerte. Los materiales naturales han sufrido miles de años de evolución, así que para nosotros estos materiales están muy bien desarrollados. Esperamos aprender de la naturaleza y desarrollar productos sintéticos con propiedades comparables ".
Estudios anteriores han encontrado que el cabello humano tiene una fuerza comparable a la del acero cuando se ajusta a la densidad. Esto se debe a la estructura jerárquica del cabello:el cabello humano está compuesto por una capa externa llamada cutícula que envuelve una corteza interna hecha de muchas fibras pequeñas unidas por enlaces químicos. Dentro de cada fibra, hay incluso fibras más pequeñas incrustadas. Este diseño estructural permite que el cabello, que está hecho de proteínas, para ser resistente a la deformación.
Yang y su equipo, incluidos investigadores de los grupos Meyers y Ritchie de la Universidad de California, San Diego, y la Universidad de California, Berkeley, Tenían curiosidad por saber si el pelo de otros animales comparte características similares. Recogieron muestras de cabello de ocho mamíferos diferentes, incluidos los humanos, osos, jabalíes caballos, capibaras, jabalinas, jirafas y elefantes. Estos pelos varían en grosor:el cabello humano es tan delgado como 80 μm de diámetro, mientras que los de elefantes y jirafas superan los 350 μm de diámetro.
Esta imagen muestra pelo de jabalí, que tiene un diámetro de más de 200 nm y se rompe en un modo de fractura normal. La superficie de rotura está relativamente limpia sin una delaminación evidente de las fibras de la corteza. Crédito:Wen Yang
Los investigadores ataron mechones individuales de cabello a una máquina que los separó gradualmente hasta que se rompieron. Para su sorpresa, encontraron que el cabello fino podía soportar una mayor tensión antes de romperse en comparación con el cabello grueso. Esto también se aplica a los pelos de la misma especie. Por ejemplo, El cabello fino de un niño era más fuerte que el cabello más grueso de un adulto.
Al estudiar los pelos rotos con un microscopio electrónico de barrido, El equipo descubrió que, aunque la mayoría de los pelos comparten una estructura similar, se rompieron de diferentes maneras. Pelos con un diámetro superior a 200 μm, como los de los jabalíes, jirafas y elefantes, tienden a romperse en un modo de fractura normal, una rotura limpia similar a lo que sucedería si un plátano se rompe por la mitad. Cabellos que son más delgados de 200 μm, como las de los humanos, caballos y osos, romper en un modo de corte. La ruptura es desigual como cuando la rama de un árbol se rompe en una tormenta. La distinción en la ruta de agrietamiento se debe a que los elementos estructurales en diferentes cabellos interactúan de manera diferente.
"El cizallamiento es cuando se forman pequeñas grietas en zig-zag dentro del material como resultado de la tensión, ", Dice Yang." Estas grietas luego se propagan, y para algunos materiales biológicos, la muestra no se rompe completamente hasta que las pequeñas grietas se juntan. Si un material se corta, significa que puede soportar una mayor tensión y, por lo tanto, es más resistente que un material que experimenta una fractura normal ".
Esta imagen muestra la corteza del cabello de jabalina, que tiene una estructura similar a una espuma y está hecho de células porosas. Crédito:Wen Yang
"La noción de que lo grueso es más débil que lo delgado no es inusual, y hemos descubierto que eso sucede cuando se estudian materiales frágiles como cables metálicos, "dice el coautor Robert Ritchie de la Universidad de California, Berkeley. "Esto es en realidad una cuestión estadística, que sea una pieza más grande tendrá mayor posibilidad de tener un defecto. Es un poco sorprendente ver esto en el cabello, ya que el cabello no es un material quebradizo, pero creemos que es por la misma razón ".
Los investigadores creen que sus hallazgos podrían ayudar a los científicos a diseñar mejores materiales sintéticos. Pero Yang dice que la fabricación de materiales bioinspirados de su equipo aún está en su infancia. Las tecnologías actuales aún no son capaces de crear materiales que sean tan finos como el cabello y tengan una estructura jerárquica sofisticada.
"Hay muchos desafíos en los materiales sintéticos para los que no hemos tenido una solución, desde cómo fabricar materiales muy pequeños hasta cómo replicar los enlaces entre cada capa como se ve en el cabello natural, ", Dice Yang." Pero si podemos crear metales que tengan una estructura jerárquica como la del cabello, podríamos producir materiales muy resistentes, que podrían utilizarse como sogas de rescate y para construcciones ".
