Aún intrigados por la secreta microestructura de la seda de araña

Por Gustavo R. Plaza (Universidad Politécnica de Madrid)

Las excelentes propiedades de las fibras de seda de araña han hecho que este material sea especialmente conocido y que los avances científicos en su estudio tengan una amplia difusión en los medios de comunicación.

El interés se acentuó en las últimas décadas del siglo XX, cuando quedaron bien descritas las propiedades mecánicas, que las fibras han adquirido a lo largo de cientos de millones de años de evolución. En particular, es el material con mayor trabajo hasta rotura por unidad de volumen, por lo cual es idóneo para absorber energía en un impacto (a velocidad no muy elevada, como ocurre con los impactos de insectos en las telas de araña). Como atractivo añadido, las sedas son además una familia de materiales especialmente adecuados para aplicaciones en el campo de la biomedicina. Por ejemplo, se ha estudiado, con resultados excelentes, su posible utilización para obtener andamiajes aplicables en ingeniería de tejidos.

Si bien la seda que producen las arañas es la que tiene (con diferencia) las mejores propiedades, no resulta económicamente viable poner en marcha una industria dedicada a la extracción de seda de las arañas. Una de las razones es el hecho de que estos animales no pueden convivir en el mismo espacio por sus costumbres depredadoras. Por ello, se  han hecho continuos esfuerzos para responder a la gran pregunta que permitiría la producción de fibras equivalentes a las de las arañas: ¿cual es la relación entre las excelentes propiedades mecánicas de las fibras de seda naturales y su microestructura, composición y procesado? o dicho de otra forma, ¿podremos nosotros copiar a las arañas? A pesar de todo el trabajo llevado a cabo, aún hoy no somos capaces de obtener artificialmente fibras equivalente a las naturales, ni siquiera partiendo (supuestamente) de la misma composición, lo cual sigue intrigando a los científicos que han dedicado varias décadas de su vida a este tema.

Es cierto que en algunos momentos se han publicado resultados prometedores sobre obtención de fibras artificiales con propiedades comparables a las naturales o incluso superiores, pero que finalmente no han pasado de ser posibles promesas. Esta situación indica que aún no entedemos detalles importantes en la organización microestructural de las fibras.

Enfrentados a este desconcertante problema, en el Grupo de Materiales Biológicos y Biomateriales de la UPM hemos estudiado las propiedades de fibras naturales de seda durante más de una decena de años. En este tiempo hemos ampliado progresivamente las técnicas utilizadas, desde los ensayos mecánicos para medir la resistencia y deformación, hasta los ensayos de difracción de rayos X, de resonancia magnética nuclear o espectroscopía Raman para estudiar la microestructura. Las fibras están compuestas de proteínas con una longitud enorme (a escala molecular, claro), pues tienen millares de aminoácidos (las unidades que forman estos heteropolímeros). Las cadenas proteínicas se encuentran alineadas de forma ordenada en ciertas regiones cristalinas del material, y aparecen de una forma más desorganizada, como una maraña de cadenas, en las regiones desordenadas o amorfas.

En el trabajo del grupo publicado recientemente en la revista Soft Matter (http://dx.doi.org/10.1039/c2sm25446h), se ha estudiado cómo evolucionan las regiones cristalinas cuando se deforma una fibra.

Esquema de la evolución de las zonas cristalinas en las fibras de seda de araña: al estirar las fibras se produce una rotación de las zonas cristalinas, seguida después de un aumento de su tamaño.

Los detalles del proceso son especialmente interesantes: primero se produce la rotación de los las zonas cristalinas, lo cual supone un cambio en las regiones desordenadas, y después se produce el aumento de la fracción cristalina. Este trabajo aporta una información valiosa para la comprensión de los detalles microestructurales que permitirá finalmente explicar y modelizar las propiedades de las sedas.

Para saber más sobre el tema, se puede leer por ejemplo el artículo en Investigación y Ciencia “Usos médicos de la seda”.

Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

Comentarios

No solo es increíble la complejidad que presenta una estructura a simple vista tan sencilla como la tela de araña, sino todo lo que hay detrás. Y el mérito que tiene haber dilucidado y dotado de un marco teórico al movimiento de las zonas cristalinas en la fibra de tela de araña. Me parece fascinante.

Quizás las arañas usen “taninos” para alinear las proteínas. Como al curtir las pieles…

Alguna novedad en la ingeniería de materiales??? Tenéis mentes curiosas y cerebros ansiosos por recibir nuevos artículos.

Muchas gracias por tu comentario. Acabamos de añadir la última entrada.

Esta situación indica que aún no entedemos detalles importantes en la organización microestructural de las fibras.
Thanks to the info!

[...] más reservados (incluyendo a algunos de los más bellos materiales del mundo biológico, tratados en entradas anteriores) se resisten a desvelar todos los secretos de su complejidad. .addthis_toolbox.addthis_pill_combo [...]

[...] destacando su blog del día: Materiales al día – Novedades en Ingeniería de Materiales, con el post de Gustavo R. Plaza (UPM) en el que pone de manifiesto el interés que continúa suscitando entre los científicos las [...]

(requerido)

(requerido)


*