Un equipo de arquitectos y químicos de la Universidad de Cambridge ha diseñado fibras súper elásticas y fuertes que están compuestas casi en su totalidad de agua y podrían usarse para fabricar textiles, sensores y otros materiales. Las fibras, que se asemejan a cuerdas elásticas en miniaturaya que pueden absorber grandes cantidades de energía, son sostenibles, no tóxicos y pueden elaborarse a temperatura ambiente.
Este nuevo método no solo mejora los métodos anteriores de fabricación de seda de araña sintética, ya que no requiere procedimientos de alta energía o el uso extensivo de disolventes nocivos, sino que podría mejorar sustancialmente los métodos de fabricación de fibras sintéticas de todo tipo, ya que otros tipos delas fibras sintéticas también se basan en métodos tóxicos de alta energía. Los resultados se publican en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La seda de araña es uno de los materiales más fuertes de la naturaleza, y los científicos han intentado imitar sus propiedades para una variedad de aplicaciones, con diversos grados de éxito. "Todavía tenemos que recrear completamente la elegancia con la que las arañas hilan la seda", dijo el co-autor Dr. Darshil Shah del Departamento de Arquitectura de Cambridge.
Las fibras diseñadas por el equipo de Cambridge se "hilan" a partir de un material espeso llamado hidrogel, que es 98% de agua. El 2% restante del hidrogel está hecho de sílice y celulosa, ambos materiales disponibles naturalmente, unidos en unred por "esposas" moleculares en forma de barril conocidas como cucurbiturils. Las interacciones químicas entre los diferentes componentes permiten extraer fibras largas del gel.
Las fibras se extraen del hidrogel, formando hilos largos y extremadamente delgados, de unas pocas millonésimas de metro de diámetro. Después de aproximadamente 30 segundos, el agua se evapora, dejando una fibra que es fuerte y elástica.
"Aunque nuestras fibras no son tan fuertes como las sedas de araña más fuertes, pueden soportar tensiones en el rango de 100 a 150 megapascales, que es similar a otras sedas sintéticas y naturales", dijo Shah. "Sin embargo, nuestras fibras no son-toxico y de fabricación mucho menos intensiva en energía ".
Las fibras son capaces de autoensamblarse a temperatura ambiente y se mantienen unidas por la química supramolecular huésped-huésped, que depende de fuerzas distintas de los enlaces covalentes, donde los átomos comparten electrones.
"Cuando miras estas fibras, puedes ver una variedad de fuerzas diferentes que las mantienen unidas a diferentes escalas", dijo Yuchao Wu, estudiante de doctorado en el Departamento de Química de Cambridge y autor principal del artículo. "Es como una jerarquíaque da como resultado una combinación compleja de propiedades ".
La resistencia de las fibras supera la de otras fibras sintéticas, como la viscosa a base de celulosa y las sedas artificiales, así como las fibras naturales como el pelo humano o animal.
Además de su resistencia, las fibras también muestran una capacidad de amortiguación muy alta, lo que significa que pueden absorber grandes cantidades de energía, similar a una cuerda elástica. Hay muy pocas fibras sintéticas que tengan esta capacidad, pero la alta amortiguación es una delas características especiales de la seda de araña. Los investigadores encontraron que la capacidad de amortiguación en algunos casos incluso excedía la de las sedas naturales.
"Creemos que este método de fabricación de fibras podría ser una alternativa sostenible a los métodos de fabricación actuales", dijo Shah. Los investigadores planean explorar más a fondo la química de las fibras, incluida la fabricación de hilos y fibras trenzadas.
Esta investigación es el resultado de una colaboración entre el Laboratorio Melville de Síntesis de Polímeros en el Departamento de Química, dirigido por el profesor Oren Scherman; y el Centro para la Innovación de Materiales Naturales en el Departamento de Arquitectura, dirigido por el Dr. Michael Ramage.Los grupos tienen un interés mutuo en materiales naturales e inspirados en la naturaleza, procesos y sus aplicaciones en diferentes escalas y disciplinas.
La investigación cuenta con el apoyo del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido EPSRC y Leverhulme Trust.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene la licencia a Licencia Creative Commons . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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