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| Un chorro líquido de solución de seda se solidifica en una fibra, se adhiere a un vaso de laboratorio de cristal y lo levanta. Crédito: Marco Lo Presti, Tufts University |
En la Universidad de Tufts, unos investigadores han hecho realidad estas fantasías infantiles desarrollando una tecnología para lanzar telarañas. Este innovador invento permite disparar un material fluido desde una aguja, solidificarlo en forma de cuerda y adherirse a los objetos y levantarlos.
Estas extraordinarias fibras pegajosas, fabricadas en el Silklab de la Universidad de Tufts, proceden de capullos de polillas de la seda. Hirviendo los capullos en una solución y descomponiéndolos en sus proteínas fundamentales, conocidas como fibroína, los investigadores han creado una solución que puede extruirse a través de agujas de diámetro estrecho para formar una corriente. Con los aditivos adecuados, esta corriente se solidifica en una fibra al exponerla al aire, abriendo un mundo de posibilidades para esta increíble nueva tecnología.
La naturaleza es la musa original para aprovechar el potencial de las fibras de seda, evidente en las intrincadas telas, ataduras y capullos tejidos por arañas, hormigas, avispas, abejas, mariposas, polillas, escarabajos e incluso moscas en distintas fases de su ciclo vital. Inspirándose en la naturaleza, Silklab se ha embarcado en el uso pionero de la fibroína de seda para crear una serie de innovaciones revolucionarias.
Entre ellas, potentes adhesivos subacuáticos, sensores imprimibles y adaptables a cualquier superficie, recubrimientos comestibles que prolongan la frescura de los productos y materiales que captan la luz y están a punto de revolucionar la eficiencia de las células solares. Además, están explorando métodos más sostenibles para la fabricación de microchips.
A pesar de estos notables avances en los materiales basados en la seda, los investigadores aún no han conseguido replicar por completo el excepcional dominio que exhiben las arañas. Las arañas poseen la extraordinaria capacidad de controlar la rigidez, la elasticidad y las propiedades adhesivas de los hilos que tejen, una proeza que sigue escapando incluso a los esfuerzos científicos más punteros.
Las extraordinarias propiedades de las soluciones de fibroína de seda no dejan de sorprender. Cuando se exponen a disolventes orgánicos como el etanol o la acetona, se transforman lentamente en un hidrogel semisólido en el transcurso de horas. Sin embargo, con la introducción de dopamina, el proceso de solidificación se acelera, formando casi instantáneamente un material fuerte y pegajoso.
Este avance allana el camino para la creación de fibras con una excepcional resistencia a la tracción, gracias al rápido proceso de solidificación cuando se mezcla el lavado con disolvente orgánico. Al aprovechar la química utilizada por los percebes para formar fibras tenaces que se adhieren firmemente a las superficies, la dopamina y sus polímeros desempeñan un papel crucial en este proceso transformador.
Pero eso no es todo. La innovación continúa cuando los investigadores dan el siguiente paso: hilar las fibras en el aire. Al añadir dopamina a la solución de fibroína de seda, se acelera la transición de líquido a sólido, ya que la dopamina aleja el agua de la seda. Cuando la solución de seda se dispara a través de una aguja coaxial, la capa de acetona que la rodea desencadena una rápida solidificación al evaporarse la acetona en el aire, dejando la fibra firmemente adherida a cualquier objeto con el que entre en contacto.
Para mejorar aún más las propiedades de la solución de fibroína de seda y dopamina, los investigadores introdujeron quitosano, un derivado de los exoesqueletos de los insectos, lo que dio lugar a fibras con una resistencia a la tracción hasta 200 veces mayor. Además, la incorporación de un tampón de borato multiplicó por 18 la adhesividad de las fibras. Este cautivador avance en la ciencia de materiales es muy prometedor para una amplia gama de aplicaciones. El diámetro de las fibras puede ajustarse para que sean tan finas como un cabello humano o tan gruesas como medio milímetro, dependiendo del tamaño del orificio de la aguja.
Este increíble dispositivo puede disparar fibras capaces de levantar objetos más de 80 veces su propio peso en diversas condiciones. Los investigadores demostraron esta extraordinaria capacidad utilizando las fibras para levantar un capullo, un perno de acero, un tubo de laboratorio flotando en el agua, un bisturí parcialmente enterrado en arena y un bloque de madera desde una distancia de unos 12 centímetros.
Aunque la seda de araña natural es actualmente unas 1.000 veces más resistente que las fibras fabricadas por el hombre en este estudio, con un toque de creatividad e ingeniería avanzada, las posibilidades de mejora son infinitas. Esta innovación está llamada a revolucionar una amplia gama de aplicaciones tecnológicas.
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