La seda de araña natural tiene excelentes propiedades mecánicas. Los investigadores del buque insignia de Grafeno han encontrado una manera de aumentar la resistencia de la seda de araña usando materiales a base de grafeno, allanando el camino para una nueva clase de compuestos biónicos de alto rendimiento.
Investigadores de Graphene Flagship han demostrado que los materiales a base de grafeno se pueden utilizar para aumentar las propiedades de la seda de araña. La seda, producida naturalmente por las arañas, incorpora grafeno y nanotubos de carbono láminas de grafeno enrolladas introducidas en su entorno- había mejorado las propiedades mecánicas de hasta tres veces la resistencia y diez veces la dureza de las sedas sin modificar.El trabajo se publicó en Materiales 2D y fue una colaboración entre la Universidad de Trento, Italia y el Cambridge Graphene Center de la Universidad deCambridge, Reino Unido, dentro del Paquete de trabajo de compuestos poliméricos de Graphene Flagship.
Los materiales biológicos modificados artificialmente son un área de investigación en expansión. Los materiales naturales pueden tener propiedades que no se pueden lograr con materiales producidos en laboratorio, y inspirarse en la naturaleza es una herramienta de investigación efectiva
Para mejorar la seda de la araña, los investigadores prepararon soluciones de grafeno y nanotubos de carbono CNT que se rociaron dentro del recinto donde se mantenían las arañas. Después de permitir que las arañas ingirieran las dispersiones de grafeno y CNT de su entorno, se recogió la sedade las arañas y probado para el contenido de grafeno / CNT y propiedades mecánicas.
Las sedas mostraron propiedades mecánicas mejoradas en comparación con las sedas de referencia recogidas de las mismas arañas, con aumentos significativos en la resistencia, tenacidad y elasticidad de los hilos de seda biocompuestos. Los hilos de seda más fuertes tenían una resistencia a la fractura de hasta 5.4 GPa, más de 3veces más fuerte que las sedas no modificadas, así como un aumento de diez veces el módulo de tenacidad hasta 2.1 GPa.
Este estudio abre nuevos potenciales para adaptar las propiedades de los materiales biológicos para mejorar sus propiedades para su uso en aplicaciones novedosas. Por ejemplo, estas sedas modificadas artificialmente podrían usarse en textiles de alto rendimiento o biodegradables como paracaídas o apósitos médicos.
"Los humanos han usado ampliamente las sedas de gusanos de seda durante miles de años, pero recientemente la investigación se ha centrado en la seda de araña, ya que tiene propiedades mecánicas prometedoras. Se encuentra entre las mejores fibras de polímero hilado en términos de resistencia a la tracción, tensión máxima y especialmente tenacidad, incluso en comparación con las fibras sintéticas como el Kevlar ", dijo Nicola Pugno, de la Universidad de Trento.
"Ya sabemos que hay biominerales presentes en las matrices de proteínas y los tejidos duros de los insectos, lo que les da alta resistencia y dureza en sus mandíbulas, mandíbulas y dientes, por ejemplo. Así que nuestro estudio analizó si las propiedades de la seda de araña podrían ser'mejorado' incorporando artificialmente varios nanomateriales diferentes en las estructuras de proteínas biológicas de la seda ", dijo Pugno.
"Esta es la resistencia a la fibra más alta reportada hasta la fecha, y una resistencia comparable a la de las fibras de carbono más fuertes o dientes de lapa", dijo Pugno. "Estos todavía son primeros días, pero nuestros resultados son una prueba de concepto que allana el caminoforma de explotar el proceso de hilado de arañas naturalmente eficiente para producir fibras de seda biónicas reforzadas, mejorando así uno de los materiales fuertes más prometedores ".
Andrea Ferrari, directora del Cambridge Graphene Center, Oficial de Ciencia y Tecnología de Graphene Flagship, y Presidenta del panel de gestión de Flagship, agregó: "La interacción entre el grafeno y los materiales y bio-materiales relacionados es clave para ampliar sus posibles aplicaciones".Este es uno de los muchos ejemplos que muestran potencial en esta área. Este trabajo puede ayudarnos a diseñar nuevos compuestos con propiedades mejoradas, inspirándonos en la naturaleza "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por buque insignia de grafeno . Original escrito por Sophia Lloyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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