Investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tufts han desarrollado una nueva técnica bioinspirada que transforma la proteína de la seda en materiales complejos que son fácilmente programables en el nano-, micro y macro escalas además de ultraligero y robusto. Entre las diversas estructuras generadas se encontraba una red de nano fibras de seda capaz de soportar una carga 4, 000 veces su propio peso. La investigación se publica en línea en Nanotecnología de la naturaleza el 27 de febrero.

Las proteínas estructurales son los componentes básicos de la naturaleza, formar materiales que aporten rigidez, estructura y función en sistemas biológicos. Un obstáculo importante para la fabricación de materiales sintéticos comparables es la estructura jerárquica de los materiales naturales, que confiere propiedades únicas desde el nivel molecular hasta el macro. Cuando los científicos intentan emular esta estructura, a menudo encuentran que el control en una escala dificulta el control en otras escalas.

Los investigadores de Tufts combinaron la característica de autoensamblaje de abajo hacia arriba de los materiales naturales con montaje de arriba hacia abajo para controlar simultáneamente la geometría en todas las escalas, restricciones micromecánicas y dinámica de eliminación de disolventes, todas las cuales determinan las propiedades de los biomateriales.

"Generamos controlable, Materiales de múltiples escalas que podrían diseñarse fácilmente con agentes dopantes. Si bien la seda es nuestro principal objetivo, Creemos que este enfoque es aplicable a otros biomateriales y compuestos e hidrogeles sintéticos, "dijo el autor correspondiente Fiorenzo Omenetto, Doctor., Frank C. Doble Catedrático del Departamento de Ingeniería Biomédica. Omenetto también tiene una cita en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y en el Departamento de Física dentro de la Facultad de Artes y Ciencias.

Con la nueva técnica, Los moldes de silicona de escala centimétrica se modelaron con rasgos de microescala no más gruesos que un cabello humano. Se inyectó un gel de proteína de fibroína acuoso derivado de capullos de gusanos de seda en los moldes y luego se estiró mecánicamente por contracción del gel en presencia de agua y etanol y / o deformación física de todo el molde. A medida que el sistema se secaba, la estructura de la proteína de seda se transformó naturalmente en un cristal de hoja beta más robusto. La forma final del material y las propiedades mecánicas se diseñaron con precisión controlando el patrón de molde a microescala, contracción de gel, deformación del molde y deshidratación de la seda.

"El resultado final de nuestro proceso es una arquitectura estable de nano fibras alineadas, similar a la seda natural pero ofreciéndonos la oportunidad de diseñar funcionalidad en el material, "dijo el primer autor Peter Tseng, Doctor., becario postdoctoral en el Laboratorio de Seda de Omenetto en la Escuela de Ingeniería de Tufts.

En algunos de los experimentos, los investigadores de Tufts doparon el gel de seda con nanopartículas de oro que podían transportar calor cuando se exponían a la luz.

Tseng señaló que las telarañas tejidas por arañas son estructuralmente más densas que porosas. "A diferencia de, nuestra estructura web está aireada, poroso y ultraligero a la vez que robusto al tacto humano, que puede habilitar aplicaciones diarias en el futuro, ", dijo. Una banda de 2 a 3 cm de diámetro que pesaba aproximadamente 2,5 mg podía soportar un peso de 11 gramos.