Eles desenvolveram a primeira tecnologia de lançamento de seda de aranha, que utiliza um material fluido disparado de uma agulha. Esse material adere ao alvo e se solidifica quase instantaneamente, formando uma corda com espessura variável, forte o suficiente para levantar pequenos objetos.
Essas fibras adesivas não provêm de aranhas transgênicas, mas sim de casulos de mariposas. Os fios de seda são fervidos em uma solução até que se decomponham em suas proteínas constitutivas, conhecidas como fibroínas.
A solução de fibroína da seda pode ser extrudada por meio de um bico ou seringa para criar um fluxo contínuo. A adição de certos aditivos permite que ela se solidifique em fibra ao ser exposta ao ar.
Essa inovação é mais uma das diversas criações desenvolvidas no laboratório do professor Fiorenzo Omenetto, que já incluem peças de seda com funções pré-programadas, couro de seda, transistores de seda para integração da microeletrônica com a biologia e circuitos eletrônicos biodegradáveis.
Como Arremessar Seda
A ideia por trás dessa inovação, assim como a do Homem-Aranha, surgiu de um acidente. “Estava trabalhando em um projeto que envolvia a criação de adesivos super fortes à base de fibroína de seda. Enquanto limpava meu equipamento de laboratório com acetona, percebi que um material parecido com uma teia se formava no fundo do vidro,” explicou Presti.
As soluções de fibroína de seda têm a capacidade de se transformar lentamente em um hidrogel semissólido ao longo de várias horas quando expostas a solventes orgânicos, como etanol ou acetona. Contudo, a adição de dopamina — usada na formulação dos adesivos — acelerou esse processo de solidificação, permitindo que ocorresse quase de forma instantânea.
Quando o solvente orgânico foi misturado à solução de seda, resultou rapidamente em fibras com alta resistência à tração e propriedades adesivas significativas. A dopamina e seus polímeros utilizam a mesma química que cracas empregam para formar fibras que se fixam firmemente em superfícies, como rochas ou cascos de navios. O passo final consiste em fiar as fibras e permitir que se endureçam no ar. Os pesquisadores acrescentaram dopamina à solução de fibroína de seda, facilitando a transformação do líquido em sólido ao remover a água da seda.
Ao serem disparadas através de uma agulha coaxial, um fino fluxo da solução de seda é cercado por uma camada de acetona, que inicia o processo de solidificação. A acetona se evapora rapidamente, deixando uma fibra que adere a qualquer objeto que toca. Os pesquisadores também melhoraram a solução de fibroína de seda com quitosana, um derivado de exoesqueletos de insetos, conferindo às fibras uma resistência à tração até 200 vezes maior, além de usar tampão de borato, que aumentou sua adesividade em cerca de 18 vezes.
O diâmetro das fibras varia entre o de um fio de cabelo humano e cerca de meio milímetro, dependendo do tamanho da agulha utilizada.
[Imagem: Marco Lo Presti]
Inspiração nos Super-Heróis
O dispositivo desenvolvido pela equipe é capaz de disparar fibras que podem capturar objetos com mais de 80 vezes seu próprio peso em diversas condições. As demonstrações incluíram a captura de um casulo de seda, um parafuso de aço, um tubo de laboratório flutuando na água, um bisturi parcialmente enterrado na areia e um bloco de madeira, todos a uma distância de cerca de 12 centímetros.
“Se você observar a natureza, perceberá que as aranhas não conseguem lançar suas teias. Elas geralmente extraem a seda de suas glândulas, fazem contato físico com uma superfície e desenham as linhas para construir suas teias. O que estamos mostrando é uma forma de lançar uma fibra a partir de um dispositivo, permitindo que ela se fixe e capture um objeto à distância. Em vez de apresentar este trabalho como um material bioinspirado, trata-se, na verdade, de um material inspirado em super-heróis,” concluiu Presti.
A equipe reconhece que a seda natural de aranha ainda é aproximadamente 1.000 vezes mais forte do que as fibras artificiais que estão sintetizando. No entanto, com um pouco mais de criatividade e engenharia, eles planejam continuar aprimorando sua inovação, abrindo caminho para novas aplicações tecnológicas.
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