Inspirándose en Spider-Man, un laboratorio recrea la tecnología de «lanzar telarañas»
El chorro de seda líquida desarrollado por los científicos de la Universidad Tufts se convierte rápidamente en una fibra fuerte que se adhiere y levanta objetos.
Por Enrique Coperías
Entre las habilidades de Spider-Man destacan la fuerza, el combate y la inteligencia, además de ser capaz de producir y lanzar telarañas sintéticas con ayuda de unos lanzadores que van sujetos a sus muñecas. Cortesía: Edge of Time
Todo niño que haya leído un cómic o visto una película de Spider-Man ha intentado imaginar cómo sería disparar una telaraña desde su muñeca, volar por encima de las calles e inmovilizar a los villanos. Investigadores de la Universidad Tufts, en Estados Unidos, se tomaron en serio esas escenas imaginarias y crearon la primera tecnología de telarañas en la que un material fluido puede salir disparado de una aguja, solidificarse inmediatamente como una cuerda y adherirse a objetos y levantarlos.
Estas fibras pegajosas, creadas en el Silklab de la Universidad Tufts, proceden de capullos de polillas de la seda, que se hierven en una solución y se descomponen en la proteína que los componen, llamada fibroína. La solución de fibroína de seda puede extruirse a través de agujas de calibre estrecho para formar una corriente que, con los aditivos adecuados, se solidifica en una fibra cuando se expone al aire.
Por supuesto, la naturaleza es la inspiración original para desplegar fibras de seda en trampas, telarañas y capullos. Arañas, hormigas, avispas, abejas, mariposas, polillas, escarabajos e incluso moscas pueden producir seda en algún momento de su ciclo vital.
Controlar la rigidez, la elasticidad y las propiedades adhesivas de los hilos de seda
La naturaleza también inspiró al Silklab para ser pionero en el uso de la fibroína de seda para fabricar potentes pegamentos que funcionan bajo el agua, sensores imprimibles que pueden aplicarse a prácticamente cualquier superficie, recubrimientos comestibles que prolongan la vida útil de los productos, un material que recoge la luz y que podría mejorar significativamente la eficiencia de las células solares y métodos de fabricación de microchips más sostenibles.
Sin embargo, aunque lograron avances significativos con los materiales basados en la seda, los investigadores del Silklab aún tenían que replicar la habilidad de las arañas para fabricar seda. Estas pueden controlar la rigidez, la elasticidad y las propiedades adhesivas de los hilos que tejen.
La seda de araña ha sido objeto de estudio en la ciencia de materiales debido a su resistencia y flexibilidad. Los científicos están investigando su uso en medicina, como suturas biodegradables, y en la industria textil.
El chorro líquido de solución de seda se solidifica en una fibra, que se adhiere y permite levantar un vaso de vidrio de laboratorio. Crédito: Marco Lo Presti / Universidad Tufts
El descubrimiento del lanzatelarañas se produjo por accidente. «Estaba trabajando en un proyecto para fabricar adhesivos extremadamente resistentes con fibroína de seda, y, mientras limpiaba la cristalería con acetona, me di cuenta de que se formaba un material parecido a una telaraña en el fondo del vaso», explica Marco Lo Presti, profesor de investigación en la Universidad Tufts.
El descubrimiento accidental superó varios retos de ingeniería para replicar los hilos de araña. Las soluciones de fibroína de seda pueden formar lentamente un hidrogel semisólido a lo largo de horas cuando se exponen a disolventes orgánicos, como el etanol o la acetona, pero la presencia de dopamina, que se utiliza en la fabricación de los adhesivos, permitió que el proceso de solidificación se produjera casi de inmediato.
Cuando el lavado con disolventes orgánicos se mezclaba rápidamente, la solución de seda creaba rápidamente fibras con gran resistencia a la tracción y pegajosidad. La dopamina y sus polímeros emplean la misma química utilizada por los percebes para formar fibras que se adhieren tenazmente a las superficies.
Fibras del calibre de un cabello
El siguiente paso fue hilar las fibras en el aire. Los investigadores añadieron dopamina a la solución de fibroína de seda, que parece acelerar la transición de líquido a sólido, al alejar el agua de la seda. Cuando se inyecta a través de una aguja coaxial, un fino chorro de la solución de seda se rodea de una capa de acetona, que desencadena la solidificación.
La acetona se evapora en el aire, dejando una fibra adherida a cualquier objeto con el que haya entrado en contacto. Los investigadores mejoraron la solución de fibroína de seda y dopamina con quitosano, un derivado de los exoesqueletos de los insectos que confería a las fibras una resistencia a la tracción hasta doscientas veces mayor, y tampón de borato, que multiplicaba por dieciocho su adhesividad.
El diámetro de las fibras podía variar entre el de un cabello humano y el de medio milímetro, dependiendo del calibre de la aguja.
Los científicos han logrado imitar la capacidad de las arañar para fabricar sus pegajosas y resistentes telarañas. Cortesía: satynek
El dispositivo puede disparar fibras capaces de recoger objetos de más de ochenta veces su propio peso en diversas condiciones. Los investigadores lo demostraron recogiendo un capullo, un perno de acero, un tubo de laboratorio flotando en agua, un bisturí parcialmente enterrado en arena y un bloque de madera desde una distancia de unos 12 centímetros.
«Si se observa la naturaleza, se verá que las arañas no pueden disparar su tela. Normalmente hilan la seda de su glándula, entran en contacto físico con una superficie y trazan las líneas para construir sus telas —explica Lo Presti. Y añade—: Estamos demostrando una forma de disparar una fibra desde un dispositivo, para luego adherirse a un objeto y recogerlo a distancia. Más que presentar este trabajo como un material bioinspirado, en realidad es un material inspirado en los superhéroes».
La seda de araña natural sigue siendo unas mil veces más resistente que las fibras artificiales
En este estudio, la seda de araña natural sigue siendo unas mil veces más resistente que las fibras artificiales. Pero con un poco más de imaginación e ingeniería, la innovación seguirá mejorando y allanará el camino para una gran variedad de aplicaciones tecnológicas.
«Como científicos e ingenieros, navegamos por la frontera entre la imaginación y la práctica. Ahí es donde se produce toda la magia —dice Fiorenzo Omenetto, catedrático de Ingeniería de la Universidad Tufts y director del Silklab. Y concluye—: 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 guionistas de cómics lo imaginaron».▪️
Información facilitada por la Universidad Tufts
Fuente: Marco Lo Presti, Marina Portoghese, Gianluca M. Farinola, Fiorenzo G. Omenetto. Dynamic Adhesive Fibers for Remote Capturing of Objects. Advanced Functional Materials (2024). DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202414219
