La seda de la telaraña es considerada cinco veces más fuerte que el acero. Y con algunos ajustes genéticos, la seda que produce el gusano de seda puede ser más fuerte todavía. Ahora, un equipo de científicos dice haber encontrado cómo hilar fibras de seda para que sean casi tan fuertes como el Kevlar.
Lo notable es que su método preserva la estructura natural de las fibras de la seda y depende mayormente de temperaturas y niveles de presión muy controlados, que hacen más fuerte a la seda. Según un trabajo de investigación de sus resultados, publicado en Nature Sustainability, el calor y la presión fusionaron las fibras de la seda para formar un material denso y transparente con una resistencia a la tensión más fuerte que la de los huesos, y casi del mismo nivel que las fibras de Kevlar. En comparación con los materiales artificiales, la fibra se descompone con mayor facilidad, haciendo que sea un componente viable de las tecnologías sustentables, según indica el trabajo.
Además, esta “seda fusionada” también es transparente en el rango visible y sus propiedades ópticas son relevantes para las tecnologías de última generación en materia de imágenes y transmisión inalámbrica, según le dijo a Gizmodo Chunmei Li, quien co dirigió el trabajo y pertenece al área de ingeniería biomédica de la Universidad Tufts.
Según la tradición
Históricamente, ya hace 8.500 años que los humanos empezaron a extraer la seda que producen los gusanos de seda. Sin embargo, en los últimos años la singular organización química de las fibras de la seda renovó el interés en ésta para el desarrollo de materiales de alta tecnología en áreas como la ingeniería biomédica, la generación de energía, la preservación de alimentos, los sensores, y otras más.
“La pregunta inicial surgió de un histórico problema para procesar biopolímeros naturales”, dijo Li. La seda natural tiene “propiedades mecánicas y funcionales que son impresionantes”, pero procesar la seda ha requerido “un proceso químicamente lento e intensivo que puede destruir la estructura jerárquica que le brinda a la seda muchas de sus útiles propiedades”.
Probando con la seda
Una de las mejoras clave que brinda el nuevo método es que no requiere procesos químicos excesivos: los investigadores “simplemente ponen las fibras en línea y aplican calor y presión, y en un solo paso las fibras se fusionan”, explicó Li en declaraciones para Tufts. Para este trabajo, Li y sus colegas trataron inicialmente fibras de seda comercialmente disponibles, usando carbonato de sodio para eliminar la cubierta pegajosa que producen las polillas de la seda.
“El objetivo era no solo ver si se podían fusionar directamente las fibras sino también entender qué estaba sucediendo durante el proceso, cómo se unían las fibras y cómo cambiaba la estructura, y por qué resultaba de buen desempeño el material final”, le dijo Li a Gizmodo.
El truco estaba en hallar una zona óptima para aplicar el calor y la presión en la seda. Si la presión y la temperatura eran bajas, la seda quedaba demasiado blanda. Y si eran muy elevadas, se quebraba. El equipo se decidió por una ventana de entre 125 y 215 °C y entre 1900 y 9800 atmósferas de presión.
Bajo tales condiciones las fibras de la seda se unían y fusionaban, adoptando una nueva forma similar en su estructura a la de la madera. Los potentes vínculos entre las fibras distribuyen la tensión que se ejerza, lo que da como resultado un material sólido y resistente que preserva las mejores propiedades de la seda natural.
¿Qué pasará ahora?
El equipo anticipa que el nuevo material será útil en muchas aplicaciones. Los investigadores llevaron a cabo pruebas de balística y confirmaron que el material “es tan resistente a las perforaciones como los polímeros reforzados de fibra de carbono”, como en aviones y autos, según declaraciones de la Universidad de Michigan sobre los resultados. Incluso implantaron parte del material en ratones y vieron que se descomponía lentamente, lo que significa que serviría para implantes médicos temporales.
Hacia el futuro, el equipo espera que su mágica seda sea más escalable y que sirva para formas complejas. Están trabajando en investigaciones de seguimiento para tal fin. La idea es atraer socios industriales y comerciales, dispuestos a incorporar la seda fusionada en sensores y otras tecnologías, añadieron.
“Los materiales sustentables no tienen por qué ser débiles o solo servir como reemplazos simbólicos de los plásticos”, le dijo Li a Gizmodo. “Hay materiales naturales que por naturaleza son de alta ingeniería, y la seda es uno de ellos. La sustentabilidad puede provenir de un diseño mejor, mejor procesamiento, y un entendimiento más profundo de los materiales que ya existen en la Naturaleza”.
