Los investigadores 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 químicos y físicos que ocurren naturalmente en la glándula de seda de una araña.
Esta innovación ecológica es un gran paso hacia la sostenibilidad y podría 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 científicos desarrollar una forma de producirla en el laboratorio.
La seda de araña es una fibra de biopolímero hecha de proteínas grandes con secuencias altamente repetitivas, llamadas espidroínas. 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 científicos durante años. En lugar de intentar idear el proceso desde cero, los científicos 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 podría 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 espidroína se coloca en un extremo y luego se tira hacia el otro extremo mediante presión negativa.
A medida que las espidroínas fluyen a través de los canales de microfluidos, están expuestas a cambios precisos en el entorno químico y físico, que son posibles gracias al diseño del sistema de microfluidos. En las condiciones adecuadas, las proteínas se autoensamblan formando fibras de seda con su característica 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 proteínas no funcionaba. Sólo cuando utilizaron presión negativa para extraer la solución de espidroína se pudieron ensamblar fibras de seda continuas con la alineación reveladora correcta de las láminas beta.
“Fue sorprendente lo robusto que era el sistema de microfluidos, una vez que se establecieron y optimizaron las diferentes condiciones”, dice el científico principal Ali Malay, uno de los coautores del artículo. “El ensamblaje de las fibras fue espontáneo, extremadamente rápido y altamente reproducible. Es importante destacar que las fibras exhibieron la estructura jerárquica distintiva que se encuentra en la fibra de seda natural”.
La capacidad de producir fibras de seda artificialmente mediante este método podría proporcionar numerosos beneficios. No sólo podría 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.
“Lo ideal es que tengamos un impacto en el mundo real”, afirma Numata. “Para que esto ocurra, necesitaremos ampliar nuestra metodología de producción de fibra y convertirla en un proceso continuo. También evaluaremos la calidad de nuestra seda de araña artificial utilizando varias métricas y haremos más mejoras a partir de ahí”.
Fuente: Phys.org.
