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Crean una telaraña artificial casi tan fuerte como la de la naturaleza

Científicos del Massachusetts Institute of Technology (EE.UU.) han desarrollado una fibra sintética similar a la telaraña, modificando genéticamente bacterias para que produjeran las proteínas que usan las arañas. Aunque aún no es tan fuerte como los materiales naturales, los científicos creen que pronto conseguirán igualar su fortaleza e incluso superarla, diseñándola para usos específicos. Por Carlos Gómez Abajo.

Crean una telaraña artificial casi tan fuerte como la de la naturaleza

Después de años de escudriñar la compleja estructura y producción de la seda de araña, los investigadores han conseguido producir en el laboratorio muestras de este material excepcionalmente fuerte y resistente.

El nuevo desarrollo podría conducir a una variedad de materiales biomédicos -desde suturas hasta andamiaje para sustituciones de órganos- hechos de seda sintética, con propiedades específicas para su uso. Los resultados han sido publicados esta semana en la revista Nature Communications.

La investigación incluyó una combinación de simulaciones y experimentos. Las nuevas fibras sintéticas se crearon modificando genéticamente bacterias para que fabricaran las proteínas producidas normalmente por las arañas. Estas proteínas fueron extrudidas luego a través de canales de microfluidos diseñados para imitar el efecto de un órgano, llamado hilador, que las arañas utilizan para producir fibras de seda naturales.

Las arañas no pueden criarse para producir fibras en serie, por lo que la fabricación sintética es el único enfoque posible. Las sedas de araña son totalmente biocompatibles y pueden ser utilizadas en el cuerpo sin riesgo de reacciones adversas; en última instancia, simplemente son absorbidas por el cuerpo.

El proceso

En el proceso de síntesis, las proteínas constituyentes disueltas en agua son extrudidas a través de una pequeña abertura a una velocidad controlada, haciendo que las moléculas se alineen de una manera que produce fibras fuertes.

Las moléculas en sí son una mezcla de compuestos hidrófobos e hidrófilos, que se alinean formando fibras más fuertes que los propios componentes. «Cuando se les hace girar, se crean lazos muy fuertes en una dirección», explica Markus Buehler, profesor de ingeniería civil y ambiental, en la información de MIT News Office.

El equipo descubrió que conseguir la mezcla de proteínas correcta era crucial. «Nos dimos cuenta de que cuando había una alta proporción de proteínas hidrofóbicas, las fibras no se hilaban, sino que simplemente se formaba una masa fea», dice Seunghwa Ryu, que trabajó en el proyecto como post-doctorado en el MIT y ahora es profesor en el Instituto Avanzado Coreano de Ciencia y Tecnología. «Teníamos que encontrar la combinación adecuada para producir fibras fuertes».

Simulaciones

Este proyecto representa el primer uso de simulaciones para comprender la producción de seda a nivel molecular. «La simulación es crucial», explica Buehler: La síntesis de una proteína puede durar varios meses; si esa proteína no acaba teniendo exactamente las propiedades adecuadas, el proceso tendría que empezar de nuevo.

Controlar directamente las propiedades en última instancia podría hacer posible crear fibras aún más fuertes que las naturales, porque los ingenieros pueden elegir características para un uso particular. Por ejemplo, mientras que las arañas pueden necesitar elasticidad para que sus redes puedan capturar insectos sin romperse, las fibras diseñadas para usarse como suturas quirúrgicas necesitarían más fuerza y ​​menos elasticidad. «La seda no nos da esa opción», dice Buehler.

El procesamiento del material se puede hacer a temperatura ambiente usando soluciones basadas en agua, por lo que la ampliar la escala de fabricación debería ser relativamente fácil, dicen los miembros del equipo. Hasta el momento, las fibras que han hecho en el laboratorio no son tan fuertes como la seda de araña natural, pero ahora que el proceso básico ha quedado establecido, debería ser posible poner a punto los materiales y mejorar su fuerza, dicen.

Aplicaciones

Este estudio podría inspirar el desarrollo de nuevas fibras sintéticas, o cualquier material que requiera propiedades mejoradas, para el transporte eléctrico y térmico, por ejemplo. La idea es aumentar la fuerza y robustez sin aumentar el peso. El impacto podría ser particularmente importante para la industria aeroespacial y las aplicaciones industriales, donde ahorrar peso es esencial, dicen los autores.

La Sociedad Americana de Química señaló hace un año los avances que se están produciendo en este campo, apuntando a que los científicos estaban utilizando incluso alfalfa para producir materiales sintéticos parecidos a las telarañas, para usos como cosméticos (en este caso, una seda no-fibrosa).

En España

Recientemente, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha conseguido producir una fibra de seda de araña también muy resistente. Bautizada como hijuela de araña, tiene un diámetro notablemente mayor que el de la fibra natural, lo que maximiza la carga que puede resistir antes de romperse.

Su fabricación está inspirada en la producción de la hijuela, un hilo muy resistente de seda de gusano que comenzó a fabricarse en la región de Murcia en el siglo XIX. Los científicos extrajeron las glándulas sericígenas de arañas de la especie Nephila inaurata, originaria de regiones del sur de África y Madagascar. Al deformar estas glándulas en un medio ácido, pudieron obtener fibras con diámetros notablemente mayores a los naturales, y lograron optimizar las condiciones para maximizar la resistencia de las fibras.

Además de uso biosanitario, las fibras de este tipo podrían emplearse en la fabricación de chalecos antibalas o materiales de protección y elementos de seguridad vial (como vallas, parachoques, etc.), gracias a la capacidad de la seda de araña para absorber grandes cantidades de energía mecánica antes de su fractura.

Referencia bibliográfica:

Shangchao Lin, Seunghwa Ryu, Olena Tokareva, Greta Gronau, Matthew M. Jacobsen, Wenwen Huang, Daniel J. Rizzo, David Li, Cristian Staii, Nicola M. Pugno, Joyce Y. Wong, David L. Kaplan, Markus J. Buehler: Predictive modelling-based design and experiments for synthesis and spinning of bioinspired silk fibres. Nature Communications (2015). DOI: 10.1038/ncomms7892.

RedacciónT21

RedacciónT21

5 comentarios

  • me encanto esto.yo voy a hacer el experimento.de hecho tengo 9 añosy se mas fisica cuantica que la directora junto con todos mis profesores de la esuela.en fin segun mis calculos en una capsula de dos centimetros de alto 8 centimetros de largo y 3 centimetros de ancho caberian 40.000,8 metros en hilos de 0,1 milimetros.y no importa que sea asi de chico porque si cada hilo mide una milesima de milimetro yo le estaria aumentando su fuerza casi un 1000%

  • me encanto esto.yo voy a hacer el experimento.de hecho tengo 9 añosy se mas fisica cuantica que la directora junto con todos mis profesores de la esuela.en fin segun mis calculos en una capsula de dos centimetros de alto 8 centimetros de largo y 3 centimetros de ancho caberian 40.000,8 metros en hilos de 0,1 milimetros.y no importa que sea asi de chico porque si cada hilo mide una milesima de milimetro yo le estaria aumentando su fuerza casi un 1000%.

    • y ami me encanta el hombre araña.si tenemos la tela tenemos algo para trepar paredes gracias a la electros estatica que produce la telaraña.aunque no existe ningun desarrollo cerebral para el sentido aracnido.pero tambien te podes poner esas gotitas para que crezcan los musculos.aparte de eso elhombre araña se regenara y eso se puede porque si te hacen una cortada te la cubris con la tela.y el lanzador es lo de menos.es tan facil como desarmar un desodorante y ponerle boton,o con un motor electrico.y mi papa puede traerme todas las proteinas que yo quiera.

      • y en las peliculas de spiderman se ve tan facil escalar pero no lo es,es mas dificil,de hecho es tan dificil como hacer dominadas en una barra.y de las telas es menos gracias a que estas pegado pero es diferente cuando escalas porque haces fuerza para arriba.y tampoco hay cosas para saltar tan alto.pero mediante que vas escalando y agarrandote te vas a estar ejercitando un monton pero no lo vas a notar por el diviertimiento.

  • y el que este en esta pagina web¿me diria la estructura quimica de la seda de araña?yo cuando sea un poco mas grande y supere mi fobia a las arañas voy a matar a una araña,sacarle las glandulas de hilado y revisarlas con mi refractor ectopasmico(un refractor diseñado para ver la genetica y los atomos de las cosas,algo que serviria con el coronavirus pero necesitaria antes una muestra de coronavirus para decodificarlo)y lo mas gracioso es que el año pasado cuando leia libros webs y libros reales yo estudiaba la relatividad de einstein.no tenes ni idea de cuanto me aburri el dia anterior a terminar el libro(yo tenia 8 años) cuando el «profesor»(en realidad fuimos por primera vez al laboratorio) de quimica nos enseñaba a separar colorantes.ahora que voy a cuarto grado nos estan enseñado las temperaturas en clase de ciencia y no algo como genetica cuantica que ami me gusta mucho.lamentablemente mi amigo santi que es el unico que tengo en todo el barrio no sabe tantque digamos.la utima vez casi que explotamos la casa entera culpa suya,aunque de hecho eso no era de fisica(se le habia caido un tanque de nafta)la cosa es que se distrae mucho aunque tiene mucha imaginacion.la primera ves que vi un atomo en vivo ylos electrones(auque tambien se veia borroso)fue gracias a el de hecho.el habia tenido a idea de hacerlo.me explico que lo llamo asi porque refractor(refractor de luz)y ectoplasmico(que puede ver como funciona la genetica de las cosas)(ectoplasmico)(manifestacion fisica de energia paranormal que en este caso seria manifestacion genetica de medicina desconocida)peroa traves de eso el se adelanta a lo grande,se leyo 3 libros de steven hawkins y todavia no sabe como funciona un motor.aparte del refractor ectoplasmico me hice un detector avanzado de adn alienigena o vampiros y demas(funciona con rayos geneticos de adn humano.si lo recibe es humano y si no no es humano asi que le puse un cirquito receptor.no saben los aburridas que son las clases a los nueve años,aunque no soy tan fan de la astronomia si alguien me dijera que puedo trabajar en la nasa como ingeniero astronomo aceptaria(aunque eso es algo obvio que todos aceptarian)y me puedo hacer un invensor organismatico que transforme a proteinas en telas dearaña que use una glandula.bueno chau, me voy a merendar.