O fluxo de seda líquida transforma-se numa fibra forte que adere e levanta objetos, embora ainda não sejam vilões (com vídeos)
Quem leu uma história aos quadrinhos ou assistiu a um filme do Homem-Aranha decerto tentou imaginar como seria atirar uma teia do pulso, voar sobre as ruas e imobilizar vilões. Investigadores da Tufts University levaram essas cenas imaginárias a sério e criaram a primeira tecnologia de lançamento de teias na qual um material fluido pode ser atirado de uma agulha, solidificar-se imediatamente como uma corda e aderir e levantar objetos.
Essas fibras pegajosas, criadas no Tufts University Silklab, vêm de casulos de traças da seda, que são fervidos em solução e partidos nas suas proteínas de bloco de construção chamadas fibroína. A solução de fibroína da seda pode ser extrudada através de agulhas de furo estreito para formar um fluxo que, com os aditivos certos, se solidifica numa fibra quando exposta ao ar.
A natureza é a inspiração original para a implantação de fibras de seda em amarras, teias e casulos. Aranhas, formigas, vespas, abelhas, borboletas, mariposas, besouros e até moscas podem produzir seda em algum momento do seu ciclo de vida. A natureza também inspirou o Silklab a ser pioneiro no uso de fibroína de seda para fazer colas poderosas que podem funcionar debaixo de água, sensores imprimíveis que podem ser aplicados a praticamente qualquer superfície, revestimentos comestíveis que podem estender a vida útil dos produtos, entre outras ideias. No entanto, embora tenham feito progressos significativos com materiais à base de seda, os investigadores ainda precisam de replicar a mestria das aranhas, que podem controlar a rigidez, a elasticidade e as propriedades adesivas dos fios que tecem.
Um avanço que surgiu puramente por acidente. “Estava a trabalhar num projeto para fazer adesivos extremamente fortes usando fibroína de seda e, enquanto limpava os meus objetos de vidro com acetona, notei um material semelhante a uma teia a formar-se no fundo do vidro”, conta Marco Lo Presti, professor assistente de pesquisa na Tufts.
A descoberta acidental superou vários desafios de engenharia para replicar fios de aranha. Soluções de fibroína de seda podem lentamente formar um hidrogel semissólido ao longo de um período de horas quando expostas a solventes orgânicos como etanol ou acetona, mas a presença de dopamina, que é usada na fabricação dos adesivos, permitiu que o processo de solidificação ocorresse quase imediatamente. Quando a lavagem com solvente orgânico foi misturada rapidamente, a solução de seda rapidamente criou fibras com alta resistência à tração e pegajosidade.
O próximo passo foi fiar as fibras no ar. Os investigadores adicionaram dopamina à solução de fibroína de seda, o que parece acelerar a transição do líquido para o sólido ao puxar a água para longe da seda. Quando disparado através de uma agulha coaxial, um fino fluxo da solução de seda é cercado por uma camada de acetona que desencadeia a solidificação. A acetona evapora no ar, deixando uma fibra presa a qualquer objeto com que entre em contato. Os investigadores aprimoraram a solução de fibroína de seda-dopamina com quitosana, um derivado de exoesqueletos de insetos que deu às fibras até 200 vezes mais resistência à tração, e tampão de borato, que aumentou sua adesividade em cerca de 18 vezes. O diâmetro das fibras pode variar entre o de um fio de cabelo humano e cerca de meio milímetro, dependendo do diâmetro da agulha.
O dispositivo pode disparar fibras que podem pegar em objetos com mais de 80 vezes o seu próprio peso sob várias condições. Os investigadores demonstraram isso pegando num casulo, num parafuso de aço, num 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.
Marco Lo Presti chamou a atenção para um pormenor: “se observarmos a natureza, as aranhas não conseguem atirar as suas teias. Elas geralmente fiam a seda para fora das suas glândulas, entram em contato físico com uma superfície e desenham as linhas para as construir. Estamos a demonstrar uma forma de atirar uma fibra de um dispositivo, e também a aderir e a pegar um objeto à distância. Em vez de apresentar este trabalho como um material bioinspirado, é realmente um material inspirado em super-heróis.”
A seda natural de aranha ainda é cerca de 1000 vezes mais forte do que as fibras artificiais neste estudo. Mas com um pouco mais de imaginação e engenharia, a inovação continuará a melhorar e a abrir caminho para uma variedade de aplicações tecnológicas.
“Como cientistas e engenheiros, navegamos na fronteira entre imaginação e prática. É aí que toda a mágica acontece”, disse Fiorenzo Omenetto, Professor Frank C. Doble de Engenharia na Tufts University e diretor do Silklab. “Podemos ser inspirados pela natureza. Podemos ser inspirados por histórias aos quadrinhos e por ficção científica. Neste caso, queríamos fazer engenharia reversa com o nosso material de seda para se comportar da maneira como a natureza o projetou e como os escritores de histórias aos quadrinhos o imaginaram.”
