A seda da aranha humilde tem algumas propriedades impressionantes. É um dos materiais mais resistentes encontrados na natureza, mais forte que o aço e mais resistente que o Kevlar. Ele pode ser esticado várias vezes antes de quebrar. Por estas razões, a replicação de seda de aranha no laboratório tem sido uma obsessão entre os cientistas de materiais por décadas.
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Agora, pesquisadores da Universidade de Cambridge criaram um novo material que imita a força, a elasticidade e a capacidade de absorção de energia da seda da aranha. Este material oferece a possibilidade de melhorar os produtos de capacetes de bicicleta para pára-quedas a jaquetas à prova de balas e asas de avião. Talvez a sua propriedade mais impressionante? São 98% de água.
"As aranhas são modelos interessantes porque são capazes de produzir essas fibras de seda magníficas à temperatura ambiente usando água como solvente", diz Darshil Shah, engenheiro do Centro de Inovação de Materiais Naturais de Cambridge. “Esse processo de aranhas evoluiu ao longo de centenas de milhões de anos, mas não conseguimos copiar até agora”.
As fibras feitas em laboratório são criadas a partir de um material chamado hidrogel, que é 98 por cento de água e 2 por cento de sílica e celulose, os dois últimos mantidos juntos por cucurbiturils, moléculas que servem como "algemas". As fibras de sílica e celulose podem ser puxadas do hidrogel. Após 30 segundos, a água evapora, deixando apenas o fio forte e elástico.
As fibras são extremamente fortes - embora não tão fortes quanto as sedas de aranha mais fortes - e, significativamente, podem ser feitas à temperatura ambiente sem solventes químicos. Isso significa que, se puderem ser produzidos em escala, terão uma vantagem sobre outras fibras sintéticas, como o náilon, que exigem temperaturas extremamente altas para a fiação, tornando a produção têxtil uma das indústrias mais poluídas do mundo. A seda de aranha artificial também é completamente biodegradável. E como é feito de materiais comuns e de fácil acesso - principalmente água, sílica e celulose - tem o potencial de ser acessível.
Porque o material pode absorver tanta energia, ele poderia ser usado como um tecido de proteção.
"As aranhas precisam dessa capacidade de absorção, porque quando um pássaro ou uma mosca atinge sua teia, ele precisa ser capaz de absorver isso, senão vai quebrar", diz Shah. “Então, coisas como resistentes a estilhaços ou outras roupas militares protetoras, isso seria uma aplicação emocionante.”
Outras aplicações potenciais incluem pano de vela, tecido de pára-quedas, material de balão de ar quente e capacetes de bicicleta ou skate. O material é biocompatível, o que significa que pode ser usado dentro do corpo humano para coisas como pontos.
As fibras também podem ser modificadas de várias maneiras interessantes, diz Shah. Substituir a celulose por vários polímeros pode transformar a seda em um material completamente diferente. O método básico poderia ser replicado para produzir versões de muitos tecidos com baixo teor de calor, sem solventes químicos.
"É um método genérico para fazer todas as fibras, para tornar qualquer forma de fibra artificial [verde]", diz Shah.
Shah e sua equipe estão longe de serem os únicos cientistas a trabalhar na criação de seda de aranha artificial. Ao contrário dos bichos-da-seda, que podem ser cultivados para a sua seda, as aranhas são canibais que não tolerariam os quartos próximos necessários para a agricultura, por isso recorrer ao laboratório é a única maneira de obter quantidades significativas do material. De tempos em tempos, traz manchetes sobre novas incursões no processo. Uma equipe alemã modificou as bactérias E-coli para produzir moléculas de seda de aranha. Cientistas da Universidade Estadual de Utah criaram “cabras-aranhas” geneticamente modificadas para produzir proteínas de seda em seu leite. O exército dos EUA está testando “seda de dragão” produzida por bichos-da-seda modificados para uso em coletes à prova de balas. No início deste ano, pesquisadores do Instituto Karolinska, na Suécia, publicaram um artigo sobre um novo método de uso de bactérias para produzir proteínas de seda de aranha de forma potencialmente sustentável e escalável. E nesta primavera, a startup californiana Bolt Threads estreou gravatas de seda de aranha de bioengenharia no festival SXSW. Seu produto é feito através de um processo de fermentação de levedura que produz proteínas de seda, que então passam por um processo de extrusão para se tornarem fibras. É promissor o suficiente para ter gerado uma parceria com a Patagonia.
Mas, como aponta uma reportagem de 2015 da Wired, “até agora, todos os grupos que tentaram produzir o suficiente para trazê-lo ao mercado de massa, de pesquisadores a corporações gigantes, praticamente falharam”.
Este é o desafio que Shah e sua equipe estão enfrentando agora.
"Atualmente, produzimos algumas dezenas de miligramas desses materiais e extraímos fibras deles", diz ele. "Mas queremos tentar fazer isso em uma escala muito maior".
Para isso, a equipe está trabalhando em um dispositivo robótico para puxar e girar as fibras mais rapidamente e em maior escala do que antes. Eles tiveram algum sucesso, diz Shah, e continuam a explorar o processo.
"Ainda estamos nos estágios iniciais da pesquisa", diz ele.
As descobertas da equipe foram publicadas recentemente na revista Proceedings of National Academy of Sciences .
