Encuentran por qué la seda de araña es el elemento más resistente del mundo

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, dados a conocer en un artículo publicado en Nature Scientific Reports, “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”, según los autores.

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 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 esta 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.

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.

Un fenómeno característico de la seda de araña

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.

Los resultados obtenidos  en el trabajo −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”.

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, dados a conocer en un artículo publicado en Nature Scientific Reports, “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”, según los autores.

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 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 esta 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.

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.

Un fenómeno característico de la seda de araña

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.

Los resultados obtenidos  en el trabajo −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”.