Tecnologia inspirada no Homem-Aranha lança teias de verdade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/10/2024

Estrutura do lançador de teias de aranha e alguns dos testes.
[Imagem: Marco Lo Presti et al. - 10.1002/adfm.202414219]

Homem-Aranha na vida real

Para parecer de vez o Homem-Aranha, Marco Presti e seus amigos da Universidade de Tufts, nos EUA, só precisam adaptar sua invenção em seus pulsos e começar a treinar a saltar entre os prédios.

Eles criaram a primeira tecnologia de lançamento de seda de aranha: Um material fluido é disparado de uma agulha, gruda no alvo e solidifica-se quase imediatamente, formando uma corda mais ou menos grossa, forte o suficiente para levantar pequenos objetos.

Essas fibras pegajosas não vêm de alguma aranha transgênica, mas de casulos de mariposas. Os fios de seda são fervidos em solução até quebrá-los em suas proteínas constituintes, chamadas fibroínas.

A solução de fibroína da seda pode então ser extrudada através de um bico ou seringa para formar um fluxo. Alguns aditivos adequados garantem que ela se solidifique em uma fibra quando exposta ao ar ambiente.

Esta é mais uma de uma série de inovações desenvolvidas no laboratório do professor Fiorenzo Omenetto, que já incluíram peças de seda com funções pré-programadas, um couro feito de seda, transistores de seda para integração da microeletrônica à biologia e circuitos eletrônicos biodegradáveis.

Etapas da captura de um grupo de porcas previamente coladas entre si e parcialmente enterradas na areia.
[Imagem: Marco Lo Presti, Tufts University]

Como arremessar seda

Assim como no caso do Homem-Aranha, a inovação também surgiu puramente por acidente. "Eu estava trabalhando em um projeto fazendo adesivos extremamente fortes usando fibroína de seda, e enquanto eu estava limpando minha vidraria com acetona, notei um material parecido com uma teia se formando no fundo do vidro," contou Presti.

Soluções de fibroína de seda podem formar lentamente 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 estava sendo usada na fabricação dos adesivos, permitiu que o processo de solidificação ocorresse quase imediatamente.

Quando o solvente orgânico usado para lavar os vidros foi misturado, a solução de seda rapidamente criou fibras com alta resistência à tração, e muito pegajosas - a dopamina e seus polímeros empregam a mesma química usada pelas cracas para formar fibras que grudam tenazmente na superfície de rochas ou navios. O passo final consiste em fiar as fibras e fazê-las endurecer no ar. Para isso, os pesquisadores adicionaram dopamina à solução de fibroína de seda, o que acelera a transição do líquido para o sólido ao extrair a água 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 pesquisadores ainda aprimoraram a solução de fibroína de seda-dopamina com quitosana, um derivado de exoesqueletos de insetos, o 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.

Testes de captura de objetos.
[Imagem: Marco Lo Presti et al. - 10.1002/adfm.202414219]

Inspiração nos super-heróis

O dispositivo construído pela equipe para testar o conceito consegue disparar fibras que podem pegar objetos com mais de 80 vezes seu próprio peso sob várias condições. As demonstrações incluíram capturar 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, tudo a uma distância de cerca de 12 centímetros.

"Se você observar a natureza, verá que as aranhas não conseguem atirar suas teias. Elas geralmente fiam a seda de suas glândulas, entram em contato físico com uma superfície e desenham as linhas para construir suas teias. Estamos demonstrando uma maneira de atirar uma fibra de um dispositivo, então aderir e pegar um objeto à distância. Em vez de apresentar este trabalho como um material bioinspirado, é realmente um material inspirado em super-heróis," concluiu Presti.

A equipe reconhece que a seda natural de aranha ainda é cerca de 1000 vezes mais forte do que as fibras artificiais que eles estão sintetizando. Mas, com um pouco mais de imaginação e engenharia, eles pretendem continuar melhorando sua inovação, eventualmente abrindo caminho para aplicações tecnológicas.

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