Seda de Aranha: Biomaterial Incrível

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Seda de aranha: O incrível biomaterial
“Seda aranha é mais forte que o aço” é uma frase coloquial comum, mas quão precisa é? Você pode ter
notado uma teia de aranha apoiando o peso de coisas comparativamente mais pesadas, como
pássaros, galhos ou até mesmo rochas, mas isso significa que a seda de aranha é mais forte que o aço?
Aranha de tecelão de orbe
dourada (Nephila clavipes).
Foto de Sam Fraser-Smith.
O que realmente está sendo perguntado aqui é: “O que a ciência material pode nos dizer sobre a seda
de aranha?” A ciência material gira em torno da premissa de que cada característica de tudo o que
usamos no dia a dia tem o potencial de melhoria. Esta disciplina tem sido um fator importante no avanço
humano desde os tempos antigos, impulsionando tarefas como ferragem e construção, entre outras. No
entanto, foi limitado a uma escala macroscópica geral e, portanto, a descoberta da mecânica quântica na
década de 1920 realmente desbloqueou seu potencial, permitindo que esses materiais fossem
entendidos em escala microscópica. Isso foi essencial para ajudar a ciência a identificar as
características dos materiais que antes eram inalcançáveis e manipulá-los de forma mais eficaz, o que é
o caso da seda de aranha.
A principal propriedade mecânica que torna a seda de aranha tão incomum é a sua tenacidade, que é
uma combinação de sua resistência à tração e ductilidade. A alta resistência à tração da seda da aranha
permite que os fios resistam a grandes quantidades de força de tração, enquanto sua alta ductilidade
permite que elas alongem sem danos permanentes quando sob tais forças. Em geral, a maioria dos
materiais deve sacrificar um em favor do outro. A seda de aranha atinge um equilíbrio entre ambos, e é
por isso que é tão extraordinário!
https://en.wikipedia.org/wiki/Ultimate_tensile_strength
https://en.wikipedia.org/wiki/Ductility
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O aço sofre porque, embora possa suportar grandes quantidades de força, não se abelha quando essas
forças excedem seus limites. Embora o aço e a seda possam suportar forças comparáveis, a seda é
mais resistente em parte porque é menos densa. A seda de aranha também tem o benefício de ser um
material semelhante a um fio. Isso é importante porque dá à seda de aranha a capacidade de assumir
muitas formas diferentes, semelhante ao que é visto na fabricação de fibra de carbono hoje.
Estrutura molecular da seda de
aranha. Reproduzido a partir de S.
Ketten e M. J. A J. Buehler em
2008.
A seda de aranha deve sua força e resiliência à sua estrutura molecular, que é essencialmente uma
cadeia de aminoácidos. Conforme a integridade do fio experimenta forças cada vez maiores, os átomos
de hidrogênio ligados aos aminoácidos começam a se romper com os fios. No entanto, uma parte
desses átomos de hidrogênio será religada, impedindo-a de se encaixar instantaneamente. É por isso
que a seda de aranha é capaz de absorver grandes quantidades de energia e tecnicamente nunca se
torna uma folga. Os fios de seda literalmente “quebram lentamente”.
Outra propriedade importante da seda de aranha é que seu desempenho permanece consistente através
de várias mudanças ambientais. Por exemplo, estudos mostram que os fios mantêm suas características
notáveis a temperaturas de até 150oC. Além disso, seu desempenho melhora na verdade à medida que
a temperatura diminui, mesmo em temperaturas tão baixas quanto –40o C. Estas são características
excepcionalmente valiosas para um material ter considerando as mudanças ambientais que pode
experimentar, particularmente em climas canadenses.
No entanto, as propriedades mecânicas da seda de aranha são apenas um componente entre uma
variedade de outras características extraordinárias. Uma pesquisa sobre o crescimento bacteriano em
cima de fios de seda realizada em 2012 na Universidade de Nottingham determinou que a seda de
aranha tem propriedades antimicrobianas. Uma vez que também é geralmente biocompatível com o
corpo humano, tem o potencial de revolucionar as práticas médicas. Pode ser particularmente útil na
medicina regenerativa, que se concentra na reconstrução celular, tecidual, muscular, de órgão e sistema
nervoso. Por exemplo, os enxertos de nervos artificiais são uma maneira de reviver os sinais nervosos,
recombinando a via nervosa danificada com uma “ponte” artificial. Pesquisadores na Alemanha
mostraram com sucesso que a seda de aranha era um material de enxerto de nervo artificial
excepcional, porque proficientemente permite que células nervosas e axônios migrassem, o que é
essencial para o crescimento neural.
Talvez o fato mais incompreensível da seda de aranha é que as próprias aranhas usam até 7 tipos
diferentes de seda para realizar uma variedade de tarefas. A maioria das pesquisas de seda artificiais se
concentra em “seda dragina”, que é usada para fundações da web e descendo, enquanto “seda
embrulhada” se concentra na contenção de presas. Cientistas da Universidade Dalhousie, juntamente
com colaboradores de Toronto, Ottawa e Londres Ontário, investigaram as propriedades do embrulho de
seda em comparação com a seda de dragline regular. Apesar de ter uma seda de embrulho ter uma
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl0731670
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400344/abstract
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400344/abstract
https://bmcresnotes.biomedcentral.com/articles/10.1186/1756-0500-5-326
https://bmcresnotes.biomedcentral.com/articles/10.1186/1756-0500-5-326
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estrutura molecular diferente da seda draglina, eles determinaram que ela tinha propriedades mecânicas
comparáveis, continuaram a funcionar a temperaturas cada vez mais extremas (? ?'71oC) e notaram que
era ainda mais biocompatível com nossos corpos.
Com um comportamento lucrativo como este, não é surpresa que a indústria esteja buscando
ativamente a produção de seda de aranha artificial em escala de massa. Em geral, o objetivo é entender
e aperfeiçoar a estrutura da seda para poder criar versões sintéticas, o que é uma grande melhoria para
algumas soluções previamente teorizadas. Ao longo dos anos, os pesquisadores consideraram como
cultivar aranhas para sua seda, ou mesmo emendar glândulas girando seda em cabras e vermes de
seda! Embora essas técnicas tenham mostrado moderada a nenhuma viabilidade, o fato é que a seda
sintética é o caminho menos árduo para a produção em massa. (Além disso, ninguém tem que ser
responsável por quimeras de cabra.)
A seda Aranha contém muitos segredos que poderiam mudar a face da ciência dos materiais para
melhor, enquanto potencialmente lidera os avanços em uma variedade de outros campos. A seda de
aranha é um material extremamente versátil, e é mais um exemplo da natureza, fornecendo à
humanidade um modelo para trabalhar. Física, química e biologia: a seda de aranha é o mestre de todas
elas e é um verdadeiro testemunho da perfeição meticulosa da evolução.
http://www.spiber.se/
https://phys.org/news/2010-05-scientists-goats-spider-silk.html
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2081434/Spider-silk-Scientists-farm-spiders-webs-making-silkworms-work.html