El hilo de araña, una fibra de altas prestaciones

01/06/2006

Las prestaciones que ofrecen muchos materiales biológicos no son todavía alcanzables por medios artificiales. Por ello, son numerosos los esfuerzos que se están dedicando a entender las propiedades de estos materiales y los mecanismos que las originan. La tela de araña es un buen ejemplo. Los hilos que la araña teje para la construcción de la tela y el hilo de seguridad que genera para sus desplazamientos, conocidos habitualmente por su acrónimo en inglés como hilos MAS, son las fibras más resistentes conocidas hoy día. Este hilo combina dos propiedades que no suelen aparecer simultáneamente en los materiales artificiales: una gran resistencia mecánica (fuerza necesaria para romper el hilo) comparable a la del mejor acero, y una capacidad de deformación (incremento de la longitud del hilo respecto a su longitud inicial) excepcional, entre diez y cien veces superior a la de cualquier otra fibra.

Aunque aún no existe un hilo comercial equivalente, sus posibles aplicaciones son muy diversas: desde blindaje de vehículos militares o chalecos antibalas a finas suturas de uso en operaciones oculares o de micro y neurocirugía. El estudio de los hilos MAS motivó hace siete años la creación del grupo de Materiales Biológicos del Departamento de Ciencia de Materiales de la ETSI Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid. Este grupo ha centrado su investigación en la caracterización tanto de las propiedades mecánicas como de la microestructura de los hilos. El pequeño diámetro entre 2 y 3 mm de las fibras MAS (aproximadamente una décima parte de un cabello humano) y las pequeñas fuerzas involucradas en los ensayos (del orden de pocos gramos) han requerido el desarrollo de nuevas técnicas experimentales e investigaciones químicas. Araña tejiendo. También la necesidad de contar con hilo de propiedades uniformes en cantidad suficiente ha impulsado el desarrollo de un método de hilado forzoso en condiciones controladas de humedad y temperatura. Diferentes estudios han probado que aun bajo condiciones nominalmente idénticas, la araña es capaz de producir hilos con propiedades mecánicas muy diferentes. Esto supone una ventaja evolutiva evidente, ya que permite a la araña adaptar las propiedades del material a sus necesidades inmediatas. En este contexto hay que entender uno de los avances más significativos de la tarea del grupo de investigación: la demostración de que las propiedades mecánicas de los hilos se pueden controlar de manera reproducible aprovechando otra sorprendente propiedad que tiene este material, el fenómeno de la supercontracción. Éste consiste en la disminución de la longitud de fibra cuando se humedece por completo. En estado húmedo las cadenas moleculares están en su estado máximo de desalineación. El trabajo desarrollado ha mostrado cómo a partir de este estado supercontraído (desalineado) es posible obtener una fibra con propiedades mecánicas controlables y reproducibles que dependen únicamente del estado de alineamiento inducido. Hilo artificial de 5mm. Así se ha podido reproducir todo el rango de propiedades mecánicas que presentan los hilos producidos de modo natural, e incluso se han obtenido hilos, mediante procesos químicos, con propiedades más allá de las observadas en la naturaleza. Los logros del Grupo de Materiales Biológicos del Departamento de Ciencia de Materiales de la Universidad Politécnica de Madrid suponen avances significativos en el esclarecimiento de dos grandes cuestiones: qué relación guarda la microestructura del material y sus excepcionales propiedades mecánicas y cómo puede fabricarse una fibra con propiedades mecánicas determinadas. La respuesta tendrá un impacto definitivo en el desarrollo de nuevos materiales biomiméticos.

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