Spider-Man inspira la tecnología para lanzar telarañas pegajosas

Los investigadores se inspiraron en el superhéroe Spider-Man y crearon la primera tecnología en la que un material fluido puede dispararse desde una aguja, solidificarse inmediatamente como una cuerda y adherirse a objetos y levantarlos.

Estas fibras pegajosas, creadas en el Silklab de la Universidad de Tufts, provienen de capullos de polilla de la seda, que se hierven en una solución y se descomponen en sus proteínas básicas llamadas fibroína.

La solución de fibroína de seda se puede extruir a través de agujas de calibre estrecho para formar una corriente que, con los aditivos adecuados, se solidifica formando una fibra cuando se expone al aire.

Por supuesto, la naturaleza es la inspiración original para el despliegue de fibras de seda en corbatas, redes y capullos. Las arañas, las hormigas, las avispas, las abejas, las mariposas, las polillas, los escarabajos e incluso las moscas pueden producir seda en algún momento de su ciclo vital.

La naturaleza también inspiró a Silklab a ser pionero en el uso de fibroína de seda para fabricar pegamentos fuertes que pueden funcionar bajo el agua, sensores imprimibles que se pueden aplicar a casi cualquier superficie, recubrimientos comestibles que pueden extender la vida útil del producto, material de ensamblaje liviano que puede mejorar significativamente la eficiencia de las células solares y métodos de fabricación de microchips más sostenibles

Sin embargo, si bien han logrado avances significativos con materiales a base de seda, los investigadores aún tienen que replicar el agarre de las arañas, que puede controlar la rigidez, elasticidad y propiedades adhesivas de los hilos que hilan.

Un gran avance se produjo por pura casualidad. «Estaba trabajando en un proyecto para hacer adhesivos muy fuertes usando fibroína de seda, y mientras limpiaba mi cristalería con acetona, noté que se estaba formando un material similar a una red en el fondo del vidrio», dice Marco Lo Presti, profesor asistente de investigación en Trofof .

El descubrimiento accidental superó varios desafíos de ingeniería para replicar los hilos de araña. Las soluciones de fibroína de seda pueden formar lentamente un hidrogel semisólido durante un período de horas cuando se exponen a disolventes orgánicos como etanol o acetona, pero la presencia de dopamina, que se utiliza para fabricar los adhesivos, permitió que el proceso de solidificación ocurriera casi de inmediato.

Cuando el lavado con disolvente orgánico se mezcló rápidamente, la solución de seda creó rápidamente fibras con alta resistencia a la tracción y pegajosidad. La dopamina y sus polímeros emplean la misma química que utilizan los percebes para formar fibras que se adhieren tenazmente a las superficies.

El siguiente paso fue hilar las fibras en el aire. Los investigadores agregaron dopamina a la solución de fibroína de seda, lo que pareció acelerar la transición de líquido a sólido al extraer agua de la seda. Cuando se dispara a través de una aguja coaxial, un fino chorro de solución de seda queda rodeado por una capa de acetona que provoca la solidificación. La acetona se evapora en el aire, dejando una fibra adherida a cualquier objeto con el que entra en contacto.

Los investigadores mejoraron la solución de fibroína y dopamina de seda con quitosano, un derivado de exoesqueletos de insectos que daba a las fibras hasta 200 veces mayor resistencia a la tracción, y un tampón de borato, que aumentaba su adhesividad unas 18 veces.

El diámetro de las fibras puede variar desde el de un cabello humano hasta aproximadamente medio milímetro, dependiendo del orificio de la aguja.

El dispositivo puede disparar fibras que pueden levantar objetos más de 80 veces su propio peso en diversas condiciones. Los investigadores lo demostraron capturando un capullo, un perno de acero, un tubo de laboratorio flotante, un bisturí parcialmente enterrado en arena y un bloque de madera desde una distancia de unos 12 centímetros.

Lo Presti señala que «si miras la naturaleza, encontrarás que las arañas no pueden tejer su tela. Por lo general, sacan la seda de su glándula, hacen contacto físico con una superficie y dibujan las líneas para construir su red. Estamos mostrando una manera de disparar una fibra desde un dispositivo, luego conectarla y recoger un objeto de forma remota. En lugar de presentar este trabajo como material bioinspirado, en realidad es material inspirado en superhéroes”.

La seda de araña natural sigue siendo aproximadamente 1000 veces más fuerte que las fibras artificiales en este estudio. Pero con un poco más de imaginación e ingeniería, la innovación seguirá mejorando y allanando el camino para una variedad de aplicaciones tecnológicas.

“Como científicos e ingenieros, navegamos en la frontera entre la imaginación y la práctica. Ahí es donde ocurre toda la magia», dice Fiorenzo Omenetto, profesor de ingeniería en la Universidad de Tufts y director de Silklab.

“Podemos inspirarnos en la naturaleza. Podemos inspirarnos en los cómics y la ciencia ficción. En este caso, queríamos aplicar ingeniería inversa a nuestro material de seda para que se comportara como la naturaleza lo diseñó originalmente y los escritores de cómics lo imaginaron».

La innovación se publica en la revista. Materiales funcionales avanzados.

Fuente: Universidad de Tufts