Cuando se trata de inventar la compleja mezcla de moléculas que componen las fibras de seda natural, la naturaleza supera a la ingeniería humana. A pesar de los esfuerzos por sintetizar el material, las variedades artificiales aún no pueden igualar la resistencia de la fibra natural.
Pero al comenzar con seda producida por gusanos de seda, descomponiéndola químicamente y luego volver a ensamblarla, los ingenieros han descubierto que pueden hacer un material que sea más del doble de rígido que su contraparte natural y que se puede formar en estructuras complejas como mallasy 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, el científico investigador Zhao Qin y otros tres en la Universidad de Tufts.
Algunos tipos de seda producida por las arañas se encuentran entre los materiales más fuertes conocidos, libra por libra. Pero a diferencia de los gusanos de seda, las arañas no pueden ser criadas para producir las fibras en cantidades útiles. Varios investigadores, incluidos Buehler y sus colaboradores, han intentado hacer puramenteen cambio, seda sintética, pero esos esfuerzos aún no han producido fibras que puedan igualar la fuerza de las versiones naturales.
En cambio, el equipo ha desarrollado una forma de aprovechar las mejores cualidades de la seda natural producida por los gusanos de seda, mientras la procesa de una manera que la fortalece y abre una amplia variedad de nuevas formas y estructuras que nunca podrían formarse a partir deseda natural.
La clave es descomponer 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 descomponga, sino más bien en una forma intermedia compuestade microfibrillas. Estas pequeñas asambleas en forma de hilo conservan algunas de las estructuras jerárquicas importantes que le dan fuerza a la seda.
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. Sin embargo, en lugar de derribar la casa en un montón de escombros, los ladrillos individuales son cuidadosamentese separó y luego se construyó una nueva estructura. "La naturaleza es aún mejor para hacer las microestructuras" que, como se demostró en algunas de sus investigaciones anteriores, son responsables de las propiedades rígidas y elásticas únicas de la seda, dice. "En este caso, nosotrosaprovecha lo que proporciona la naturaleza "
Aunque el hilo y la tela de seda son caros, el costo del material proviene principalmente del proceso de trabajo intensivo 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, explicaLing. A granel, los capullos de gusanos de seda sin procesar cuestan solo alrededor de $ 5 por kilogramo 2.2 libras, dice.
Al descomponer la seda y luego extruirla a través de una pequeña abertura, los investigadores descubrieron que podían producir una fibra dos veces más rígida que la seda convencional y acercarse a la rigidez de la seda de la línea de arrastre de araña. Este proceso podría abrir una variedad de posibilidadespara nuevos usos. Por ejemplo, la seda es una sustancia naturalmente biocompatible que no produce reacciones adversas en el cuerpo, 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 manera que la seda natural nunca pueda duplicarlo. Podría formarse, por ejemplo, en mallas, tubos, fibras mucho más gruesas que la seda natural, bobinas, láminas y otras formas."No estamos satisfechos con lo que hacen [los gusanos de seda]", dice Buehler. "Queremos hacer nuestros propios materiales nuevos".
Dichas formas pueden crearse utilizando el material reconstituido en una especie de sistema de impresión 3D personalizado para la solución de seda, dice Qin. Y una ventaja del nuevo proceso es que puede llevarse a cabo utilizando tecnologías de fabricación convencionales, por lo que el escaladohasta cantidades comerciales no debería ser difícil. Las propiedades específicas de la fibra, incluida su rigidez y tenacidad, se pueden 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 se pueden hacer eléctricamente conductoras agregando una capa delgada 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 punta de un dedo o a cambios en las condiciones ambientales.
Una posible aplicación, por ejemplo, podría ser una sábana hecha de tales fibras, dice Buehler. Dicha sábana podría usarse en centros de atención de enfermería para ayudar a evitar las úlceras de decúbito al controlar la presión y advertir automáticamente a los cuidadores cuando un paciente ha estado acostado en ella misma posición durante demasiado tiempo con presión en un área particular del cuerpo. Dichas aplicaciones podrían hacerse prácticas muy rápidamente, dice, ya que no quedan obstáculos reales para producir material adecuado para tales usos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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