Nueva seda de araña artificial: Más fuerte que el acero y 98 por ciento de agua
La seda de la humilde araña tiene unas propiedades impresionantes. Es uno de los materiales más resistentes de la naturaleza, más fuerte que el acero y más resistente que el Kevlar. Puede estirarse varias veces su longitud antes de romperse. Por estas razones, replicar la seda de araña en el laboratorio ha sido una especie de obsesión entre los científicos de materiales durante décadas.
Ahora, investigadores de la Universidad de Cambridge han creado un nuevo material que imita la fuerza, la elasticidad y la capacidad de absorción de energía de la seda de araña. Este material ofrece la posibilidad de mejorar productos que van desde cascos de bicicleta hasta paracaídas, pasando por chalecos antibalas o alas de avión. ¿Quizás su propiedad más impresionante? Es 98% agua.
«Las arañas son modelos interesantes porque son capaces de producir estas magníficas fibras de seda a temperatura ambiente utilizando agua como disolvente», dice Darshil Shah, ingeniero del Centro de Innovación de Materiales Naturales de Cambridge. «Este proceso que las arañas han desarrollado durante cientos de millones de años, pero que nosotros no hemos podido copiar hasta ahora».
Las fibras fabricadas en laboratorio se crean a partir de un material llamado hidrogel, que tiene un 98 por ciento de agua y un 2 por ciento de sílice y celulosa, estas dos últimas unidas por cucurbiturilos, moléculas que sirven de «esposas». Las fibras de sílice y celulosa pueden extraerse del hidrogel. Después de unos 30 segundos, el agua se evapora, dejando sólo el hilo fuerte y elástico.
Las fibras son extremadamente fuertes -aunque no tanto como las sedas de araña más resistentes- y, lo que es más importante, pueden fabricarse a temperatura ambiente sin disolventes químicos. Esto significa que, si se pueden producir a gran escala, tienen una ventaja sobre otras fibras sintéticas como el nailon, que requieren temperaturas extremadamente altas para su hilado, lo que convierte la producción textil en una de las industrias más sucias del mundo. La seda artificial de araña también es completamente biodegradable. Y como está hecha de materiales comunes y fácilmente accesibles -principalmente agua, sílice y celulosa- tiene el potencial de ser asequible.
Debido a que el material puede absorber tanta energía, podría utilizarse potencialmente como tejido de protección.
«Las arañas necesitan esa capacidad de absorción porque cuando un pájaro o una mosca golpea su telaraña, tiene que ser capaz de absorber eso, de lo contrario se va a romper», dice Shah. «Así que cosas como la resistencia a la metralla u otras prendas militares de protección, esa sería una aplicación emocionante».
Otras aplicaciones potenciales incluyen la tela de las velas, el tejido de los paracaídas, el material de los globos aerostáticos y los cascos de bicicleta o de monopatín. El material es biocompatible, lo que significa que podría utilizarse dentro del cuerpo humano para cosas como los puntos de sutura.
Las fibras también podrían modificarse de varias formas interesantes, afirma Shah. La sustitución de la celulosa por diversos polímeros podría convertir la seda en un material totalmente diferente. El método básico podría reproducirse para producir versiones de muchos tejidos de bajo calor y sin necesidad de disolventes químicos.
«Es un método genérico para hacer todas las fibras, para hacer que cualquier forma de fibra sea verde», dice Shah.
Shah y su equipo no son ni mucho menos los únicos científicos que trabajan en la creación de seda de araña artificial. A diferencia de los gusanos de seda, que se pueden cultivar para obtener su seda, las arañas son caníbales y no tolerarían los espacios reducidos necesarios para su cultivo, por lo que recurrir al laboratorio es la única forma de obtener cantidades significativas del material. Cada pocos años aparecen titulares sobre nuevos avances en el proceso. Un equipo alemán ha modificado la bacteria E-coli para producir moléculas de seda de araña. Científicos de la Universidad Estatal de Utah han criado «cabras araña» modificadas genéticamente para que produzcan proteínas de seda en su leche. El ejército estadounidense está probando la «seda de dragón» producida mediante gusanos de seda modificados para su uso en chalecos antibalas. A principios de este año, los investigadores del Instituto Karolinska de Suecia publicaron un artículo sobre un nuevo método para utilizar bacterias para producir proteínas de seda de araña de forma potencialmente sostenible y escalable. Y esta primavera, la empresa californiana Bolt Threads presentó en el festival SXSW unas corbatas de seda de araña creadas mediante bioingeniería. Su producto se fabrica mediante un proceso de fermentación de levadura que produce proteínas de seda, que luego pasan por un proceso de extrusión para convertirse en fibras. Es lo suficientemente prometedor como para haber generado una asociación con el fabricante de prendas de vestir al aire libre Patagonia.
Pero, como señala un artículo de Wired de 2015, «hasta ahora, todos los grupos que han intentado producir una cantidad suficiente de la materia para llevarla al mercado masivo, desde los investigadores hasta las corporaciones gigantes, han fracasado prácticamente».
Este es el reto al que se enfrentan Shah y su equipo en estos momentos.
«Actualmente fabricamos alrededor de unas decenas de miligramos de estos materiales y luego sacamos fibras de ellos», dice. «Pero queremos intentar hacer esto a una escala mucho mayor»
Para ello, el equipo está trabajando en un dispositivo robótico para extraer e hilar fibras más rápidamente y a mayor escala que antes. Han tenido cierto éxito, dice Shah, y siguen explorando el proceso.
«Todavía estamos en las primeras etapas de la investigación», dice.
Los hallazgos del equipo se publicaron recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.