Identifican el origen de las fibras supercontraíbles

La seda de araña es un material del que se suele destacar su extraordinario comportamiento mecánico / Fuente: pixabay

Un equipo internacional de científicos, del que ha formado parte la UPM, ha identificado el origen de la supercontracción, un fenómeno característico de la seda de araña, cuya transferencia a fibras artificiales abrirá gran número de aplicaciones en campos como la biomedicina o la ingeniería de materiales.

 

UPM / En un estudio realizado por investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), la Universidad de Sevilla (US) y la Universidad Agrícola de Tokyo (TUA), se han hilado fibras artificiales de seda de gusano supercontraíbles y se ha comparado su estructura con otras fibras similares que no tenían dicha capacidad.

Los resultados obtenidos abren la posibilidad de diseñar nuevas fibras artificiales, incluso con composiciones diferentes a las de las sedas, que podrían estar dotadas de la capacidad de supercontraerse.

Los resultados obtenidos abren la posibilidad de diseñar nuevas fibras artificiales, incluso con composiciones diferentes a las de las sedas

La seda de araña es un material del que se suele destacar su extraordinario comportamiento mecánico. En efecto, la combinación de resistencia mecánica y deformación hasta rotura hacen que la seda de araña sea el material que más energía requiere para su rotura de todos los que se conocen.

Menos conocida es otra propiedad singular y característica de la seda de araña que se denomina supercontracción. Dicha denominación se refiere a un acortamiento de hasta el 50 % de su longitud inicial que la fibra sufre cuando se sumerge en agua o se encuentra en un ambiente con una elevada humedad relativa.

La posible función de dicha propiedad constituyó un misterio desde su descubrimiento proponiéndose, por ejemplo, que podría tener la función de tensar la telaraña aprovechando el rocío de la mañana. Posteriormente se encontró que la contracción de la fibra no es más que la manifestación más evidente de una propiedad mucho más profunda: la existencia de un estado base al que la fibra puede regresar independientemente de su historia de cargas.

La supercontracción es un fenómeno característico de la seda de araña que no aparece, por ejemplo, en la que fabrican los gusanos de seda

Para entender esta idea imaginemos una fibra textil. Si dicha fibra se somete a una carga suficientemente alta sufrirá una deformación irreversible (“dará de sí”). La existencia del estado base en la seda de araña hace que dicha deformación irreversible se pueda revertir simplemente sumergiendo la fibra en agua y permitiendo que se contraiga. De hecho, el término supercontracción se utiliza actualmente para referirse a la existencia de dicho estado base en las fibras, independientemente de la mayor o menor variación de la longitud del hilo cuando se sumerge en agua.

La supercontracción es un fenómeno característico de la seda de araña que no aparece, por ejemplo, en la que fabrican los gusanos de seda. Por este motivo, el descubrimiento de que fibras artificiales producidas a partir de una disolución de seda de gusano presentaban supercontracción si eran procesadas de manera adecuada abrió por primera vez la posibilidad de producir en masa fibras supercontraíbles. Quedaba abierta, sin embargo, la cuestión de cuáles eran los requisitos de una fibra para ser exhibir esta propiedad.

La relación entre las fases ordenada y desordenada determina la aparición de la supercontracción en las fibras de seda.

En un estudio reciente en el que han participado, entre otros, investigadores del Centro de Tecnología Biomédica (CTB) de la UPM, se ha comparado la estructura de fibras artificiales de seda de gusano supercontraíbles con la de otras fibras similares que no tenían dicha capacidad.

En el estudio se ha comparado la estructura de fibras artificiales de seda de gusano supercontraíbles con la de otras fibras similares que no tenían dicha capacidad

Los resultados obtenidos −empleando resonancia magnética nuclear− indican que la aparición de la supercontracción está relacionada con la presencia de una fase poco organizada en el material, si bien se ha encontrado que la proporción entre dicha fase desorganizada y la más organizada (cristalina) tampoco debe superar un valor límite ya que, por encima de ese límite, las fibras pierden nuevamente la capacidad de supercontraerse.

La identificación de un rango óptimo de valores de las fracciones ordenada y desordenada en el material abre la posibilidad a nuevos desarrollos que aprovechen la capacidad de las fibras supercontraíbles de disminuir su longitud en un ambiente acuoso.

Como señala José Pérez Rigueiro, investigador del CTB – UPM que ha formado parte del equipo de investigación, “entre las posibles aplicaciones de estas fibras se encuentra, por ejemplo, su uso en suturas, aprovechando la fuerza generada para cerrar los labios de la herida. O también en estructuras que pudiesen estar sometidas a deformaciones irreversibles (tales como parachoques de un automóvil) que recuperarían su forma inicial al ser introducidas en un medio acuoso”.

Referencia bibliográfica: 
José Pérez-Rigueiro; Rodrigo Madurga; Alfonso M. Gañán-Calvo; Manuel Elices; Gustavo V. Guinea; Yugo Tasei; Akio Nishimura; Hironori Matsuda; Tetsuo Asakura. Emergence of supercontraction in regenerated silkworm (Bombyx mori) silk fibers. Nature-Scientific Reports (2019) 9:2398.https://doi.org/10.1038/s41598-019-38712-6

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