Gusanos producen seda súper resistente tras una dieta de grafeno y nanotubos de carbono

El material resistente y conductivo podría usarse en electrónica portátil e implantes médicos, dicen los investigadores.

Seda—el material de la ropa lustrosa y de glamour—es también muy fuerte. Investigadores en China dicen haber inventado una ingeniosa forma de hacer aún más resistentes esos hilos: alimentando a los gusanos de seda con grafeno o nanotubos de carbono de pared simple (Nano Lett. 2016, DOI: 10.1021 / acs.nanolett.6b03597). La seda reforzada producida por los gusanos de seda podría ser utilizada en aplicaciones tales como telas protectoras más duraderas, implantes médicos biodegradables y productos electrónicos portátiles respetuosos del medio ambiente, dicen.

Previamente, los investigadores habían añadido a la seda colorantes, agentes antimicrobianos, polímeros conductores y nanopartículas, ya fuera tratando la seda hilada con los aditivos o, en algunos casos, alimentando directamente a los gusanos con los aditivos. Los gusanos de seda son larvas de polillas que se alimentan de hojas de morera y producen sus famosos hilos a partir de una solución de proteína de seda producida en sus glándulas salivales.

Para hacer seda reforzada con carbono, Yingying Zhang  y sus colegas de la Universidad de Tsinghua alimentaron a los gusanos con hojas de morera rociadas con mezclas acuosas con un 0,2% de nanotubos de carbono o de grafeno. Luego recogieron los capullos de seda terminados, como se hace en la producción de seda estándar. Hacer lo contrario–aplicar los nanomateriales a la seda ya hilada–requeriría bañar los nanomateriales en disolventes químicos tóxicos, por lo que el método de alimentación de las larvas es más simple, directo y amigable con el medio ambiente.

A diferencia de la seda regular, las sedas mejoradas con carbono son dos veces más resistentes y pueden aguantar por lo menos un 50% más de estrés antes de romperse. El equipo de investigadores calentó las fibras a 1.050 ° C para carbonizar la proteína de seda y luego estudiaron su conductividad y la estructura. Las sedas modificadas conducen la electricidad, a diferencia de la seda regular. La espectroscopia de Raman y las imágenes de microscopía electrónica mostraron que las fibras de seda mejoradas con carbono tenían una estructura cristalina más ordenada debido a los nanomateriales añadidos.

Sin embargo, todavía hay interrogantes. Una de ellas es cómo exactamente los gusanos de seda incorporan los nanomateriales a su seda. Otra es qué porcentaje de los nanomateriales consumidos por los gusanos va a parar a la seda, contra los que son eliminados o metabolizados de otra forma. Los materiales de carbono no son visibles en las secciones transversales de los hilos de seda, tal vez porque el contenido de nanopartículas es bajo, dice Zhang. La respuesta a estas preguntas puede ser una tarea para los biólogos, añade.

El químico de polímeros  Qing Shen, de la Universidad de Donghua, informó acerca de un trabajo similar en 2014 utilizando nanotubos de carbono de pared múltiple de 30 nm de ancho, que también aumentaron la tenacidad de las fibras de seda (Mater Sci Eng., C 2014, DOI: 10.1016 / j.msec .2013.09.041). Pero YingYing Zhang dice que los nanotubos más pequeños, de 1-2 nm de ancho con paredes simples que su equipo utiliza "son más adecuados para su incorporación en las estructuras cristalinas de la proteína de seda".

Este trabajo proporciona una "manera fácil de producir fibras de seda de alta resistencia a gran escala", dice el científico de materiales Yaopeng Zhang también de la Universidad de Donghua, quien ha alimentado gusanos de seda con nanopartículas de dióxido de titanio para crear sedas súper resistentes a la degradación ultravioleta. La conductividad eléctrica de la seda reforzada con carbono podría convertirla en un material apropiado para el uso de sensores incorporados en textiles inteligentes, y capaces de cosas como leer las señales nerviosas, dice.