Hilado por arañas y gusanos de seda, La seda ha desconcertado a los ingenieros humanos que aún tienen que descubrir cómo recrear artificialmente este fibra fina. Pero al combinar la seda, que es seguro para su uso en el cuerpo humano, con compuestos sintéticos, un equipo de investigación se está acercando al desarrollo de nuevos materiales compuestos implantables con las mejores propiedades de ambos. Aplicaciones potenciales, que aún faltan años, podría incluir estructuras que mantienen el hueso en su lugar después de la cirugía o reemplazos de las almohadillas de cartílago de la rodilla.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Virtual de Otoño de 2020 de la American Chemical Society (ACS).

"La seda tiene un gran potencial para su uso en aplicaciones biomédicas, "dice Juan Guan, Doctor., investigador principal del proyecto. "La seda es versátil, y el cuerpo humano lo tolera bastante bien, e incluso puede degradarlo y absorberlo ".

La seda tiene una larga trayectoria en medicina. Los registros de médicos antiguos que cosían a pacientes con fibras hiladas por gusanos de seda se remontan a casi 2 años. 000 años. Y hoy, los cirujanos terminan ciertas cirugías, como los del ojo, con suturas de seda.

Combinando seda y polímeros sintéticos, Guan y sus colegas de la Universidad de Beihang buscan desarrollar nuevos materiales versátiles para su uso en medicina y, potencialmente, otros campos también. Mientras que otros investigadores ya han desarrollado materiales compuestos con seda, normalmente han trabajado con fibras cortas o la proteína principal de la seda. Guan, sin embargo, se centra en la tela de seda tejida a partir de un largo, hilo único. Los capullos de los gusanos de seda pueden contener fibras de casi 5, 000 pies de largo, y cuando se usa entero en tela, tal fibra puede distribuir el estrés mecánico de manera más efectiva que una serie de discretos, ella dice. En sus estudios, El equipo de Guan usa seda de lo común, gusano de seda domesticado Bombyx mori , así como más duro, fibras más elásticas de las especies silvestres Antheraea pernyi .

Los investigadores combinan este tejido con una matriz de polímero, a menudo un epoxi, que se utiliza en adhesivos. Juntos, la tela y el polímero forman un laminado, similar al revestimiento de superficie duradero que se encuentra en algunos muebles, que luego se puede cortar en las formas que los investigadores necesitan.

Guan y sus colegas dicen que las propiedades de estos nuevos materiales podrían hacer que se adapten mejor a los tejidos dentro del cuerpo humano que lo que se utiliza hoy en día. Por ejemplo, están colaborando con médicos ortopédicos para diseñar estructuras que se asemejen a jaulas que mantienen temporalmente las vértebras en su lugar mientras se fusionan después de la cirugía, una tarea que actualmente se realiza principalmente con metal. La dureza y rigidez de los compuestos de seda es más compatible con el hueso, haciéndolos potencialmente más resistentes pero más cómodos que las estructuras metálicas, ella dice.

Hay retos sin embargo. El interior del cuerpo humano está húmedo, un problema potencial porque el agua puede ablandar y debilitar la seda. En nuevos experimentos, Guan y sus colegas probaron cómo se mantienen los materiales compuestos de seda-epoxi cuando se exponen a la humedad o se sumergen en agua. Para usar junto con el hueso, deben mantener una cierta rigidez. Los experimentos mostraron que si bien este atributo disminuyó en condiciones más húmedas, los compuestos permanecieron lo suficientemente rígidos para funcionar como implantes, ella dice.

Mientras que el epoxi se adhiere firmemente a la fibra de seda, tiene un gran inconveniente:el cuerpo no puede descomponer el epoxi y absorberlo, lo que significa que no sería adecuado para implantes destinados a disolverse. Entonces, Guan recientemente comenzó a trabajar con biopolímeros que, como la seda, el cuerpo puede descomponerse y absorberse. Sin embargo, estos compuestos tienen menos cohesión interna que los que contienen un epoxi. "The key question is how to make the interface between the biopolymer and the silk fabric more robust, " ella dice.

The scientists are also looking to supplement silk with other types of fibers. En un estudio reciente, they added carbon fibers into the mix. "The notion of hybridizing silk with other fibers makes it possible to produce a rather nice spectrum of properties that you can optimize for a given application, " says Robert O. Ritchie, Ph.D, an author of the carbon fiber study. Potential uses for these new structural materials, él dice, could be anywhere:in the human body, or even in tennis rackets or on airplane engines.