Quando se trata de preparar a complexa mistura de moléculas que compõe as fibras de seda natural, a natureza vence a engenharia humana com as mãos. Apesar dos esforços para sintetizar o material, variedades artificiais ainda não podem corresponder à resistência da fibra natural.

Mas, começando com a seda produzida por bichos-da-seda, quebrando-o quimicamente, e, em seguida, remontá-lo, os engenheiros descobriram que podem fazer um material duas vezes mais rígido que sua contraparte natural e pode ser moldado em estruturas complexas, como malhas e treliças.

O novo material é apelidado de fibra de seda regenerada (RSF) e pode encontrar uma série de aplicações em ambientes comerciais e biomédicos, dizem os pesquisadores. Os resultados são relatados no jornal Nature Communications , em um artigo do professor de engenharia da McAfee Markus Buehler, pós-doutorado Shengjie Ling, cientista pesquisador Zhao Qin, e três outros na Tufts University.

Alguns tipos de seda produzidos por aranhas estão entre os materiais mais resistentes conhecidos, libra por libra. Mas, ao contrário dos bichos-da-seda, as aranhas não podem ser criadas para produzir as fibras em quantidades úteis. Vários pesquisadores, incluindo Buehler e seus colaboradores, tentaram fazer seda puramente sintética em vez disso, mas esses esforços ainda não produziram fibras que correspondam à resistência das versões naturais.

Em vez de, a equipe desenvolveu agora uma maneira de aproveitar as melhores qualidades da seda natural produzida por bichos-da-seda, enquanto o processa de uma forma que o torna mais forte e abre uma grande variedade de novas formas e estruturas que nunca poderiam ser formadas a partir de seda natural.

A chave é quebrar a seda natural, mas não muito, a equipe diz. Isso é, eles dissolvem os casulos construídos pelos bichos-da-seda, não a ponto de a estrutura molecular do material se decompor, mas em uma forma intermediária composta de microfibrilas. Estes minúsculos, conjuntos semelhantes a fios preservam algumas das estruturas hierárquicas importantes que dão à seda sua força.

Buehler, que é o chefe do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, compara essa reciclagem de materiais com a demolição de uma velha casa de tijolos. Em vez de apenas derrubar a casa em uma pilha de escombros, Contudo, os tijolos individuais são cuidadosamente separados e usados ​​para construir uma nova estrutura. "A natureza ainda é melhor em fazer as microestruturas" que, como demonstrado em algumas de suas pesquisas anteriores, são responsáveis ​​pela rigidez única da seda, propriedades elásticas, ele diz. "Nesse caso, aproveitamos o que a natureza oferece. "

Embora a linha e o tecido de seda sejam caros, o custo do material vem principalmente do processo intensivo de mão-de-obra de desenrolar o fio do casulo e tecê-lo, não da produção real dos bichos-da-seda e seus casulos, que são muito baratos, explica Ling. A granel, casulos de bicho-da-seda não processados ​​custam apenas cerca de US $ 5 por quilo (2,2 libras), ele diz.

Ao quebrar a seda e, em seguida, extrudá-la através de uma pequena abertura, os pesquisadores descobriram que poderiam produzir uma fibra duas vezes mais rígida que a seda convencional e se aproximando da rigidez da seda de aranha. Esse processo pode abrir uma variedade de possibilidades para novos usos. Por exemplo, a seda é uma substância naturalmente biocompatível que não produz reações adversas no corpo, então o novo material pode ser ideal para aplicações como suturas médicas, ou andaimes para o crescimento de nova pele ou outros biomateriais.

O método também permite que os pesquisadores moldem o material de maneiras que nunca poderiam ser duplicadas pela seda natural. Pode ser formado, por exemplo, em malhas, tubos, fibras muito mais espessas do que a seda natural, bobinas, folhas e outros formulários. "Não estamos satisfeitos com o que [os bichos da seda] fazem, "Buehler diz." Queremos fazer nossos próprios novos materiais. "

Esses formulários podem ser criados usando o material reconstituído em uma espécie de sistema de impressão 3-D personalizado para solução de seda, Qin diz. E uma vantagem do novo processo é que ele pode ser realizado usando tecnologias de manufatura convencionais, portanto, escalá-lo para quantidades comerciais não deve ser difícil. As propriedades específicas da fibra, incluindo sua rigidez e resistência, pode ser controlado conforme necessário simplesmente variando a velocidade do processo de extrusão.

Essas fibras reconstituídas também são muito sensíveis a diferentes níveis de umidade, e podem ser tornados eletricamente condutores pela adição de uma fina camada de outro material, como uma camada de nanotubos de carbono. Isso pode permitir seu uso em uma variedade de dispositivos de detecção, onde uma superfície coberta com uma camada ou malha de tais fibras pode responder à pressão da ponta do dedo, ou a mudanças nas condições ambientais.

Uma aplicação possível, por exemplo, pode ser um lençol feito de tais fibras, Buehler diz. Essa folha pode ser usada em instalações de cuidados de enfermagem para ajudar a evitar escaras, monitorando a pressão e avisando automaticamente os cuidadores quando um paciente está deitado na mesma posição por muito tempo com pressão em uma área específica do corpo. Essas aplicações podem ser feitas de forma prática muito rapidamente, ele diz, como nenhum obstáculo real permanece para produzir material adequado para tais usos.