Criada fibras de seda pegajosas inspiradas no Homem-Aranha. Levantam até 80x o seu peso

Investigadores americanos desenvolveram uma tecnologia que lhes permite disparar um material líquido que se solidifica no ar para formar fibras adesivas, semelhantes às teias do Homem-Aranha.

Inspirado no Homem-Aranha e nas suas teias

O fluxo de seda líquida transforma-se rapidamente numa fibra forte que adere e levanta objetos (calma, ainda não prende vilões).

Qualquer pessoa que tenha lido uma banda desenhada, ou visto o filme do Homem-Aranha, já imaginou como seria disparar uma teia do seu pulso, voar sobre as ruas e deter vilões. Os investigadores da Universidade de Tufts, EUA, levaram estas cenas imaginárias a sério e criaram a primeira tecnologia que dispara teias, na qual um material fluido pode ser disparado de uma agulha, solidificar-se imediatamente como um fio e unir-se para levantar objetos.

Tecnologia à base de seda

Estas fibras adesivas, criadas no Silk Lab (Silklab) da Universidade de Tufts, provêm de casulos do bicho-da-seda, que são fervidos numa solução para quebrar as suas proteínas de base, denominadas fibroína. A solução de fibroína da seda pode ser extrudida através de agulhas finas para formar uma corrente que, com os aditivos corretos, se solidifica numa fibra quando exposta ao ar.

A natureza é a fonte original de inspiração para a utilização de fibras de seda na criação de fios, teias e casulos. Aranhas, formigas, vespas, abelhas, borboletas, traças, escaravelhos e até moscas podem produzir seda num determinado momento do seu ciclo de vida.

Esta inspiração natural levou a equipa do Silklab a inovar na utilização da fibroína da seda para fabricar colas potentes que funcionam debaixo de água, sensores imprimíveis que podem ser aplicados em praticamente qualquer superfície, revestimentos comestíveis que prolongam o prazo de validade dos alimentos, materiais que melhoram a eficiência dos painéis solares e métodos mais sustentáveis para o fabrico de microchips.

Apesar destes avanços, os investigadores ainda não tinham conseguido reproduzir a capacidade das aranhas para controlar a rigidez, a elasticidade e as propriedades adesivas dos seus fios.

Uma descoberta acidental

Uma descoberta acidental levou a um avanço.

Estava a trabalhar num projeto para criar adesivos extremamente fortes com fibroína de seda e, enquanto limpava o meu material de vidro com acetona, reparei que se formava um material semelhante a uma teia de aranha no fundo do vidro.

Disse Marco Lo Presti, professor assistente de investigação na Universidade de Tufts.

Esta descoberta inesperada ultrapassou vários desafios na replicação de fios de aranha. As soluções de fibroína da seda podem formar um hidrogel semissólido durante um período de horas quando expostas a solventes orgânicos como o etanol ou a acetona. No entanto, a presença de dopamina, que é utilizada no fabrico de adesivos, permitiu que o processo de solidificação ocorresse quase imediatamente.

Ao misturar rapidamente a solução com o solvente orgânico, a solução de seda gerou fibras com elevada resistência à tração e elevada capacidade de adesão. A dopamina e os seus polímeros empregam uma química semelhante à utilizada pelas cracas para formar fibras que aderem fortemente às superfícies.

Criar fibras fortes, adesivas e amigas do ambiente

O passo seguinte foi centrifugar as fibras no ar. Os investigadores adicionaram dopamina à solução de fibroína de seda, o que pareceu acelerar a transição líquido-sólido, retirando água da seda. O disparo desta mistura através de uma agulha coaxial gera uma corrente fina da solução de seda rodeada por uma camada de acetona, que desencadeia a solidificação.

A acetona evapora-se no ar, deixando uma fibra agarrada a qualquer objeto em que toque. Os investigadores melhoraram a solução de fibroína da seda com quitosano, um derivado dos exoesqueletos dos insetos, o que aumentou a resistência à tração das fibras até 200 vezes. Utilizaram também um tampão de borato, que aumentou a capacidade de adesão até 18 vezes.

O diâmetro das fibras pode variar entre a espessura de um cabelo humano e cerca de meio milímetro, consoante o diâmetro da agulha utilizada.

O dispositivo desenvolvido pode disparar fibras que levantam objetos até 80 vezes o seu próprio peso em várias condições. Os investigadores demonstraram esta capacidade levantando um casulo, um parafuso de aço, um tubo de laboratório a flutuar na água, um bisturi parcialmente enterrado na areia e um bloco de madeira a uma distância de cerca de 12 centímetros.

Lo Presti salientou que, ao contrário das aranhas, que não disparam as suas teias, mas puxam-nas manualmente das suas glândulas, este dispositivo permite-lhes disparar uma fibra de um aparelho, fixá-la a um objeto e levantá-lo à distância.

Em vez de apresentar este trabalho como um material de inspiração biológica, é realmente um material inspirado nos super-heróis.

Afirmou o investigador.

Futuro da tecnologia da seda

A seda de aranha natural é ainda cerca de 1000 vezes mais forte do que as fibras artificiais deste estudo. No entanto, com alguma imaginação e avanços de engenharia, esta inovação tem o potencial de melhorar e abrir caminho para uma variedade de aplicações tecnológicas, particularmente no domínio da sustentabilidade.

As potenciais aplicações futuras podem ir desde a robótica, onde estas fibras poderiam ser integradas em mecanismos de manipulação de objetos, até à medicina, onde as suas propriedades biocompatíveis poderiam ser aproveitadas para a criação de suturas ou tecidos artificiais. Além disso, dada a origem natural da fibroína e a sua biodegradabilidade, este desenvolvimento enquadra-se perfeitamente nos princípios da sustentabilidade e da economia circular, que são fundamentais para reduzir o impacto ambiental dos novos materiais tecnológicos.

Podemos inspirar-nos na natureza, na banda desenhada e na ficção científica. Neste caso, queríamos fazer engenharia inversa do nosso material de seda para que se comportasse como a natureza o concebeu originalmente e como os autores de banda desenhada o imaginaram.

Disse o professor Fiorenzo Omenetto, diretor do Silklab da Tufts.

A recriação desta tecnologia inspirada no Homem-Aranha abre um leque de possibilidades numa variedade de indústrias, desde o fabrico sustentável à medicina. A versatilidade e a abordagem ecológica dos materiais à base de seda posicionam esta descoberta como uma potencial solução para os desafios tecnológicos e ambientais do futuro.