Seda Regenerada: La Innovación Biomaterial Inspirada en la Naturaleza y los Superhéroes

Cuando pensamos en seda, es probable que un gusano de seda sea lo primero que nos venga a la mente. Uno de los datos más conocidos sobre los gusanos de seda es que son capaces de hilar su propia seda. Sin embargo, no son las únicas criaturas que lo hacen. El capullo que construye una oruga también está hecho de seda, e incluso en su ciclo de vida, la larva geometrida (inchworm) utiliza hilos de seda para descender al suelo. Y de hecho, las fibras de seda pegajosas que se usaron para crear accidentalmente una nueva sustancia, similar a la telaraña de Spider-Man, se derivaron de los capullos de la polilla de la seda.

Investigadores del Silklab de la Universidad de Tufts trabajan con sedas que ocurren naturalmente en la naturaleza, reinventándolas como biomateriales para tecnologías de vanguardia. Por ejemplo, han sido pioneros en recubrimientos comestibles que prolongan la vida útil de los productos frescos y pegamentos tan potentes que se adhieren bajo el agua, ambos utilizando Fibroína de Seda Regenerada (FSR). La FSR es una proteína fundamental derivada de hervir las fibras del capullo de la polilla de la seda en una solución. Después de luchar por dominar las propiedades adhesivas, elásticas y rígidas de los hilos de telaraña de araña, Marco Lo Presti, profesor asistente de investigación de la Universidad de Tufts, logró un avance por accidente.

En un comunicado, Lo Presti explicó: “Estaba trabajando en un proyecto para crear adhesivos extremadamente fuertes utilizando fibroína de seda, y mientras limpiaba mi cristalería con acetona, noté que se formaba un material similar a una telaraña en el fondo del vaso”. Con más pruebas, los científicos crearon una solución de fibroína de seda que se solidifica casi de inmediato y es lo suficientemente fuerte como para levantar objetos pequeños, casi como la telaraña de Spider-Man. Los hallazgos se publicaron en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials.

¿Cómo se crea el material resistente similar a una telaraña?

Como fanático de Spider-Man, Marco Lo Presti estaba emocionado con su hallazgo accidental en 2018. Con la ayuda de otros investigadores del Silklab, dedicó 18 meses a recopilar datos y probar varias combinaciones de FSR con solventes para crear una tecnología de lanzamiento de telarañas y replicar los hilos de araña. Las soluciones de FSR expuestas a solventes orgánicos, como acetona o etanol, forman hidrogeles semisólidos, pero la transformación completa lleva horas. Cuando se agregó dopamina, que puede usarse para fabricar algunos de los pegamentos más fuertes, a la solución, el proceso de solidificación fue casi instantáneo. Esto se debió a que el agua de la solución fue retirada de la fibroína, creando fibras que se adhirieron fuertemente a las superficies, como los percebes.

Después de descubrir cómo hacer que la solución fuera pegajosa y se solidificara más rápido, Lo Presti y su equipo la hicieron pasar a través de una aguja coaxial. El resultado fue un chorro delgado rodeado por una capa de acetona, que se evaporó y desencadenó la solidificación. Lo que quedó fue una fibra adherida a cualquier objeto que tocara. A continuación, los investigadores agregaron quitosano —un derivado del exoesqueleto de insectos— para darle a las fibras hasta 200 veces más resistencia a la tracción, así como un tampón de borato para un aumento de 18 veces en la adhesión. Con estas modificaciones, las fibras proyectadas pudieron levantar objetos que pesaban hasta 80 veces más que su propio peso, como un bisturí parcialmente enterrado en arena, un perno de acero y un bloque de madera.

Lo Presti declaró a Tufts Now: “[Las arañas] suelen hilar la seda de su glándula, contactan físicamente una superficie y extraen las líneas para construir sus telarañas. Estamos demostrando una forma de disparar una fibra desde un dispositivo, luego adherirse y levantar un objeto a distancia. En lugar de presentar este trabajo como un material bioinspirado, es realmente un material inspirado en superhéroes.”

¿Dispositivos de muñeca lanzatelarañas al estilo de Spider-Man? ¡No son imposibles!

El material de los sueños de los amantes de los cómics de Marvel suena demasiado bueno para ser verdad. Sin embargo, en un episodio de “The Official Marvel Podcast”, el profesor de ingeniería biomédica de la Universidad de Tufts, Fiorenzo Omenetto, no descartó la posibilidad de desarrollar un homenaje real a Spider-Man en forma de telaraña que podría ser disparada desde un dispositivo de muñeca compacto –a diferencia de cómo una araña hila su telaraña– con más investigación en el diseño.

Al hablar sobre el laboratorio, Omenetto dijo que la fuerza impulsora detrás de su innovación es la creencia de que los materiales de la naturaleza pueden hacer cosas inesperadas. Si bien es difícil especular sobre el objeto más pesado que un material como este podría sostener, explicó: “La seda misma tiene una combinación muy impresionante de resistencia a la tracción y elasticidad. Es una de sus superhabilidades, y eso le permite absorber mucha energía y soportar cargas muy pesadas. Y así, cuando diseñamos nuestros materiales, algunas de estas propiedades surgen naturalmente porque nuestros bloques de construcción son los mismos que se encuentran en la seda natural. Entonces, podríamos pensar en soportar mucho peso sin que se rompa.”

Omenetto también señaló que, en otras investigaciones, han logrado crear una pequeña y ligera telaraña que sostuvo 4.000 veces su peso. Agregó que el laboratorio utiliza seda porque las arañas no son tan amigables como las orugas.