Os cientistas estão descobrindo os segredos de um dos materiais mais intrigantes e potencialmente valiosos da natureza - a seda de aranha.

Um fio de seda de aranha é cinco vezes mais forte do que um cabo de aço do mesmo peso, disse Hannes Schniepp, do Departamento de Ciências Aplicadas da William &Mary. Seu laboratório tem desvendado os segredos por trás da força da aranha reclusa marrom.

A última descoberta deles é uma surpresa:o recluso marrom não produz um único fio de fibra protéica.

"Esperávamos descobrir que a fibra era uma única massa, "Schniepp explicou." Mas o que descobrimos foi que a seda era na verdade uma espécie de minúsculo cabo. "

A descoberta vem no topo de um relatório de 2017 do mesmo laboratório revelando que outro fator na força da seda marrom reclusa vem de laços fiados na estrutura. O trabalho é financiado pela National Science Foundation. A seda de aranha é um tópico importante, pois sua força e resistência tornam a seda de aranha sintética algo como um "Santo Graal" da ciência e engenharia de materiais.

"Compreender as razões pelas quais a seda da aranha aumentou a resistência mecânica em comparação com as sedas dos insetos tem sido o principal motivador para uma série de estudos, bem como o desejo de produzir grandes quantidades de seda de aranha sinteticamente em laboratório. Desta perspectiva, os resultados relatados fornecem uma pista interessante para os 'truques do comércio' que a natureza tem na produção de materiais incríveis, "diz o diretor do programa da NSF, Mohan Srinivasarao, que ajudou a financiar a pesquisa.

"Compreender as propriedades da seda marrom reclusa em nível molecular não só fornece insights sobre um dos materiais mais resistentes da natureza, também pode fornecer um caminho para o projeto de outros materiais sintéticos, " ele adicionou.

Schniepp e Qijue Wang, um estudante de pós-graduação em ciências aplicadas, descreveu suas descobertas em um artigo, "Força da seda da aranha reclusa origina-se de nanofibrilas, " no Letras Macro ACS , um jornal altamente citado da American Chemical Society. Eles usaram uma técnica extremamente sensível conhecida como microscopia de força atômica para examinar a estrutura da seda da aranha no nível molecular.

"Acontece que a fibra é feita de uma série de nano-filamentos, "Schniepp disse." Cada nano-fita é um fio fino feito de proteína, menos de um milionésimo de polegada de diâmetro. "

O artigo relata que um filamento de seda reclusa típico é composto por cerca de 2, 500 nano-filamentos. Schniepp e Wang desenvolveram um modelo estrutural detalhado da seda, revelando também outras características interessantes da estrutura de cabos do recluso.

Os cientistas sabem há muito tempo que a seda reclusa é plana, ao invés de redondo, em seção transversal. Curiosamente, Schniepp e Wang relatam que as nanoesternas, ou nanofibrilas, que compõem o cabo não são trançados ou torcidos como uma corda, mas sim estão dispostos em paralelo.

É difícil descrever o quão fina é uma fita reclusa. Mesmo aquela velha reserva de magreza, o cabelo humano, prova ser insatisfatório.

"Como você compara a espessura de um cabelo redondo com uma fita plana?" Schniepp perguntou. "Isso é um pouco complicado se você quiser ser preciso."

Ele acrescentou que uma comparação precisa leva em consideração não apenas a espessura da fita reclusa, que é mil vezes menor que a espessura de um cabelo, mas também o fato de que a seção transversal do cabelo é dez vezes maior que a do fio de seda. Consequentemente, Schniepp disse, a seção transversal da seda é 1/10, 000º de um cabelo humano.

Schniepp e Wang também descobriram que as nanoesternas individuais são facilmente separadas umas das outras, indicando que as ligações entre as nanofibrilas são relativamente fracas. Mas eles também descobriram que a chave para a resistência da estrutura da seda está no comprimento de cada nano-fita individual.

Os cientistas propuseram vários modelos para explicar a composição organizacional da seda de aranha e como essa estrutura contribui para as propriedades desejáveis ​​e importantes de resistência e resistência. Schniepp afirma que a estrutura proposta no artigo é a mais simples e elegante dos principais modelos.

"Acreditamos que o segredo da seda da aranha reclusa marrom deriva essencialmente da nanofibrila individual, " ele disse.