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La seda de araña es uno de los materiales más notables de la naturaleza, ya que combina resistencia, flexibilidad, ligereza y biodegradabilidad.

Sin embargo, recolectar seda de araña de fuentes naturales no es práctico e ineficiente debido al comportamiento territorial y caníbal de las arañas.

Por ello, los científicos han estado intentando crear seda de araña artificial que imite las propiedades y la estructura de la fibra natural, utilizando diversos métodos como la ingeniería genética, la síntesis química y el hilado biomimético.

El último avance en la producción de seda de araña artificial fue logrado por un equipo de investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles y el Clúster RIKEN para Investigación Pionera de Japón.

Han desarrollado una glándula de seda artificial que puede hilar fibras de seda continuas a partir de una solución proteica, utilizando un dispositivo de microfluidos que replica las condiciones físicas y químicas de la glándula de seda de la araña.

La glándula de seda artificial: un enfoque biomimético

(Foto: Joe Dudeck/Unsplash)

La clave para producir seda de araña artificial que se asemeje a la fibra natural es comprender y replicar la compleja estructura molecular y organización jerárquica de las proteínas de la seda de araña, también conocidas como espidroínas.

Las espidroínas son proteínas grandes y repetitivas que constan de dos dominios terminales y un dominio central central.

Los dominios terminales son responsables de iniciar y terminar la formación de la fibra, mientras que el dominio central proporciona las propiedades mecánicas de la fibra.

En la naturaleza, las espidroínas se almacenan en estado líquido en la glándula de seda de la araña, donde sufren una serie de cambios físicos y químicos que desencadenan su autoensamblaje en fibras de seda sólidas.

Estos cambios incluyen una disminución del pH, un aumento de la fuerza iónica y un esfuerzo cortante aplicado por la hilera de la araña.

Las fibras de seda resultantes tienen una estructura única que consiste en láminas beta cristalinas incrustadas en una matriz amorfa, lo que les confiere gran resistencia y tenacidad.

Para imitar este proceso natural, los investigadores de RIKEN diseñaron un dispositivo de microfluidos que consta de un canal estrecho con un gradiente de pH y una salida cónica. Utilizaron espidroínas recombinantes que habían diseñado previamente en bacterias y las disolvieron en una solución acuosa con un pH alto.

Luego, inyectaron la solución en el dispositivo de microfluidos, donde fluyó a través del canal y encontró un ambiente de pH más bajo.

Esto provocó que las espidroínas cambiaran su conformación e interactuaran entre sí, formando nanofibrillas que se alineaban a lo largo de la dirección del flujo.

Cuando la solución llegó a la salida, experimentó una presión negativa y un esfuerzo cortante, lo que indujo aún más la formación y alineación de las fibras.

Las fibras resultantes se recogían mediante un tambor giratorio y podían hilarse continuamente durante varios kilómetros.

Los investigadores analizaron la estructura y las propiedades de las fibras de seda artificial y descubrieron que tenían una organización jerárquica y una orientación molecular similares a las de la seda de araña natural.

También midieron la resistencia a la tracción, la dureza y la elasticidad de las fibras, y descubrieron que eran comparables o superiores a las de la seda de araña natural, así como a otras fibras sintéticas y naturales.

Además, las fibras de seda artificiales eran biocompatibles y biodegradables, lo que las hacía adecuadas para diversas aplicaciones biomédicas.

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Las posibles aplicaciones y beneficios de la seda de araña artificial

La creación exitosa de seda de araña artificial mediante un enfoque biomimético abre nuevas posibilidades para la producción y utilización a gran escala de este notable material.

La seda de araña artificial tiene muchas Aplicaciones potenciales en diferentes campos. e industrias, como la medicina, la biotecnología, la aeroespacial, la defensa y los textiles.

Una de las áreas más prometedoras donde la seda de araña artificial podría tener un impacto significativo es la industria textil, que actualmente enfrenta muchos desafíos y problemas relacionados con la sostenibilidad, el impacto ambiental y la responsabilidad social.

La industria textil es una de las más grandes y contaminantes del mundo, consume enormes cantidades de agua, energía y productos químicos, y genera enormes cantidades de desechos y emisiones de gases de efecto invernadero.

Además, la industria textil depende en gran medida de materiales no renovables y no biodegradables, como fibras sintéticas a base de petróleo y algodón convencional, que tienen efectos negativos sobre el medio ambiente y la salud humana.

La seda de araña artificial podría ofrecer una alternativa más sostenible y ecológica a los tejidos convencionales, ya que se deriva de fuentes renovables y biodegradables y no requiere productos químicos ni disolventes agresivos para su producción.

También podría proporcionar un rendimiento y una funcionalidad superiores, ya que tiene propiedades mecánicas excepcionales, como resistencia, tenacidad, elasticidad y ligereza, así como otras características deseables, como aislamiento térmico, regulación de la humedad, protección UV y actividad antimicrobiana.

Además, la seda de araña artificial podría utilizarse para crear diversos tipos de textiles, como prendas de vestir, accesorios, ropa deportiva, equipos de protección, textiles médicos y biotextiles, que podrían satisfacer las diversas y cambiantes necesidades y preferencias de los consumidores y la sociedad.

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