Una máquina hila una seda artificial como la de las arañas
Investigadores japoneses han logrado crear un dispositivo que hila seda de araña artificial que se asemeja mucho a la que las arañas producen naturalmente.
La glándula de seda artificial pudo recrear la compleja estructura molecular de la seda imitando los diversos cambios quÃmicos y fÃsicos que ocurren naturalmente en la glándula de seda de una araña.
Esta innovación ecológica es un gran paso hacia la sostenibilidad y podrÃa afectar a varias industrias. El estudio, dirigido por Keiji Numata en el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Japón, junto con colegas del Grupo de Investigación Pionera de RIKEN, se publicó en la revista Nature Communications.
Famosa por su resistencia, flexibilidad y peso ligero, la seda de araña tiene una resistencia a la tracción comparable a la del acero del mismo diámetro y una relación resistencia-peso incomparable. Sumado a eso, es biocompatible, lo que significa que puede usarse en aplicaciones médicas, además de ser biodegradable. Entonces, ¿por qué no todo está hecho de seda de araña? La recolección a gran escala de seda de arañas ha resultado poco práctica por varias razones, dejando en manos de los cientÃficos desarrollar una forma de producirla en el laboratorio.
La seda de araña es una fibra de biopolÃmero hecha de proteÃnas grandes con secuencias altamente repetitivas, llamadas espidroÃnas. Dentro de las fibras de seda hay subestructuras moleculares llamadas láminas beta, que deben estar alineadas correctamente para que las fibras de seda tengan sus propiedades mecánicas únicas. Recrear esta compleja arquitectura molecular ha desconcertado a los cientÃficos durante años. En lugar de intentar idear el proceso desde cero, los cientÃficos de RIKEN adoptaron un enfoque biomimético.
Como explica Numata, "en este estudio, intentamos imitar la producción natural de seda de araña utilizando microfluidos, que implica el flujo y la manipulación de pequeñas cantidades de fluidos a través de canales estrechos. De hecho, se podrÃa decir que la glándula de seda de la araña funciona como una especie de dispositivo de microfluidos naturales."
El dispositivo desarrollado por los investigadores parece una pequeña caja rectangular con pequeños canales ranurados en ella. La solución precursora de espidroÃna se coloca en un extremo y luego se tira hacia el otro extremo mediante presión negativa.
A medida que las espidroÃnas fluyen a través de los canales de microfluidos, están expuestas a cambios precisos en el entorno quÃmico y fÃsico, que son posibles gracias al diseño del sistema de microfluidos. En las condiciones adecuadas, las proteÃnas se autoensamblan formando fibras de seda con su caracterÃstica estructura compleja.
Los investigadores experimentaron para encontrar estas condiciones correctas y finalmente pudieron optimizar las interacciones entre las diferentes regiones del sistema de microfluidos. Entre otras cosas, descubrieron que usar la fuerza para empujar las proteÃnas no funcionaba; Sólo cuando utilizaron presión negativa para extraer la solución de espidroÃna se pudieron ensamblar fibras de seda continuas con la alineación reveladora correcta de las láminas beta.
La capacidad de producir fibras de seda artificialmente mediante este método podrÃa proporcionar numerosos beneficios. No sólo podrÃa ayudar a reducir el impacto negativo que la fabricación textil actual tiene en el medio ambiente, sino que la naturaleza biodegradable y biocompatible de la seda de araña la hace ideal para aplicaciones biomédicas, como suturas y ligamentos artificiales.
