La seda de araña es quizás uno de los materiales más impecables y fuertes del mundo.
Hay varias métricas que son indicativas de fortaleza, sin embargo, no es un error poco común confundir una con la otra. A menudo, terminamos malinterpretando una métrica y eso se traduce en una percepción completamente errónea de cómo terminamos comparando la seda de araña con, por ejemplo, el kevlar o el acero más popular.
Lo primero es lo primero.
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Antes de ahondar en la piscina, necesitamos comprender las diferencias meticulosas y sutiles entre los diversos parámetros que definen la fuerza. Entonces, ¿cómo define la resistencia de un material o, más adecuadamente, un biomaterial (como es nuestro caso)?
Hay tres parámetros principales que rigen la resistencia mecánica de un material y nos ayudan a evaluar sus propiedades frente a otros:
- Resistencia : es la energía que se almacena dentro de un material cuando está bajo tensión hasta que se rompe, es decir, hasta el punto de falla. Esta es el área bajo la curva de tensión-deformación.
- Resistencia a la tracción : es la cantidad máxima de tensión que un material puede soportar siempre que se alargue bajo la tensión aplicada. Esto está representado por los máximos de la curva cóncava hacia abajo tensión-deformación.
- Rigidez : es la tendencia de un material a resistir cualquier deformación cuando se aplica una tensión. Se mide utilizando el módulo de Young, es decir, la pendiente de la curva de tensión-deformación. Mayor módulo de Young, más rígido el material.
De la tabla a continuación, obtenemos una mejor comprensión de estos parámetros en relación con una gran cantidad de otros materiales.
Ahora, como se puede inferir, la Seda de araña de la araña Darwin ( Caerostris darwini ) es más resistente que el acero y el kevlar , pero menos rígida que el acero y el kevlar.
Como es evidente, la resistencia a la tracción de la seda de araña es mucho más baja que Kevlar pero más alta que el acero.
Es posible que haya encontrado frases como “La seda de araña es cinco veces más fuerte que el acero ” (se pueden encontrar navegando por la web). Bueno, eso es farsa. Es cinco veces MÁS FUERTE que el acero.
Sin embargo, un pequeño artrópodo de ocho patas que secreta una proteína intrincada y luego las entrelaza en finos hilos delgados con propiedades mecánicas comparables al acero y Kevlar es intrigante y tentador per se . Es, irrefutablemente, una maravilla de la naturaleza y la ciencia.
Dicho esto, la increíble fuerza de la seda de araña se atribuye a su estructura proteica.
La seda de araña se compone de una proteína llamada spidroin (la nomenclatura se deriva de la fibroína para las arañas). A diferencia de la seda de capullo, la seda de araña carece de sericina. La sericina es una proteína adicional que se encuentra en la seda de capullo que le da una naturaleza pegajosa y evita su disolución en disolventes. Esta es una ventaja cuando se estudia la proteína en el laboratorio, ya que podemos omitir el paso de eliminación de sericina y someter directamente la seda a disolución (por supuesto, después de eliminar todas las impurezas y suciedad, si las hubiera).
Los estudios han revelado que la spidroína se compone de una secuencia de proteínas con grandes cantidades de residuos de aminoácidos hidrófobos o no polares, principalmente glicina y alanina. Hay grandes regiones con secuencias de aminoácidos repetitivas que dominan casi el 90% de toda la estructura primaria. Las secuencias o motivos repetidos no son más largos que aproximadamente 15-50 AA.
Los residuos de glicina forman láminas de beeta que se apilan unas sobre otras formando una especie de estructura de bloques. Estos bloques forman la región cristalina. Estos bloques (cristalitos) se unen entre sí a través de otras estructuras secundarias como giros y hélices alfa que generalmente están formadas por residuos de alanina. Toda la configuración estructural es como una matriz que contiene hélices y vueltas que unen, de forma lineal, una gran cantidad de bloques de láminas de beeta cristalinas. Esta estructura idiosincrásica es lo que imparte a la seda su fuerza fenomenal.
Hay varias otras biomoléculas como lípidos, azúcares y ciertos pigmentos que brindan una segunda capa de protección a los hilos de seda.
Los investigadores se han esforzado por lograr este nivel de precisión mientras sintetizan artificialmente la seda de araña. Ha habido numerosos intentos de imitar las arañas y fabricar seda que está a la par con la seda de araña natural, pero hasta ahora no ha dado resultados satisfactorios. Para obtener más información, puede consultar mi respuesta sobre por qué no podemos cosechar arañas y producir seda.
La seda de araña se puede usar en diversas áreas que van desde la industria aeroespacial, hasta la construcción civil, textil y también en defensa (sirven como armaduras corporales). También encuentran aplicaciones en la ciencia médica, como en la curación de heridas y, lo más importante, en prótesis.
