Investigadores de la Universidad de Tufts han desarrollado un método para fabricar materiales a base de seda que se niegan a adherirse al agua, o casi a cualquier otra cosa que contenga agua. De hecho, la seda modificada, que se puede moldear en formas como el plástico o recubrir las superficies como una película, tiene propiedades antiadherentes que superan las de las superficies antiadherentes que se usan normalmente en los utensilios de cocina, y podría tener aplicaciones que se extiendan a una amplia gama de productos de consumo, así como medicamentos.

La seda es una fibra natural hilada por polillas y se ha utilizado durante miles de años para fabricar telas finas y duraderas, y suturas quirúrgicas para cerrar heridas.

Más recientemente, los científicos han aprendido a descomponer las fibras en su elemento proteico básico, la fibroína de seda, y reconstituirlo en geles, películas, esponjas y otras formas para crear de todo, desde tornillos ortopédicos implantables hasta tintas textiles que cambian de color en respuesta. a la química corporal.

«Lo que hace que la seda sea un material tan único es que no solo puede adoptar una amplia gama de formas y formas, sino que también se pueden cambiar fácilmente sus propiedades modificando químicamente la fibroína de seda», dijo Krishna Kumar, profesor Robinson de Química en Tufts.

«Si queremos hacer tornillos ortopédicos que sean absorbidos por el cuerpo a diferentes velocidades usando fibroína de seda, modificamos la química», dijo. «Si queremos crear un sensor de sangre que detecte oxígeno, glucosa u otros componentes de la sangre, modificamos la química. En este estudio, modificamos la fibroína de seda para repeler el agua, y podemos hacerlo de una manera que puede ‘sintonizar ‘ el material sea más o menos repelente al agua».

El avance se informó en la revista ChemBioChem.

Convertir la seda en un material repelente al agua implicó cubrir la superficie de la fibroína de seda con cadenas químicas cortas que contienen carbono y flúor, llamadas perfluorocarbonos. Estas cadenas son muy estables y no reaccionan con otros químicos, ni interactúan con proteínas y otros químicos biológicos en el cuerpo.

Mientras que la superficie natural de la proteína de seda actúa como un imán para el agua, con ramas cargadas negativa y positivamente en la seda que atraen el agua, una proteína de seda cubierta con perfluorocarbonos deja poco para que el agua se adhiera.

Los perfluorocarbonos incluso resisten la atracción causada por otras fuerzas que normalmente unen las moléculas. Cambiar el número y la longitud de las cadenas de perfluorocarbono en la proteína de seda puede ajustar qué tan ‘antiadherente’ se comporta. Luke Davis, Profesor Asistente de Química, estableció el nivel de flúor requerido en la superficie de la seda para exhibir un comportamiento antiadherente.

La síntesis química se realiza en condiciones suaves, por lo que, a diferencia de la producción de otras sustancias antiadherentes, el proceso de fabricación podría ser más seguro, tanto para los trabajadores como para el medio ambiente. La fabricación más segura y una fuente biológica renovable de material marcan dos casillas para la sostenibilidad.

Los investigadores de Tufts midieron la propiedad antiadherente al observar cómo el agua se acumula en la superficie del material, como la forma en que el agua sale rodando de un automóvil encerado. De hecho, en la seda antiadherente moldeada en barras utilizando el nivel más alto de perfluorocarbonos, el agua se enrolló en gotas que se redondearon aún más que en el teflón.

No es solo el agua lo que se desprende de la seda antiadherente, sino cualquier sustancia que tenga agua como componente principal, que podría incluir varios alimentos, sangre, células y tejidos. Aunque no se probó en este estudio, se sabe que los materiales perfluorados también repelen los aceites.

«La modificación de dispositivos médicos para evitar interacciones perjudiciales con el agua y otros productos biológicos tiene el potencial de preservar la fuerza y ​​la integridad durante el tiempo que sea necesario», explicó Julia Fountain, estudiante de posgrado en el laboratorio de Kumar y coautora del artículo. «La seda ya es relativamente inerte para el sistema inmunológico, por lo que ajustar su capacidad para repeler células u otras sustancias podría hacerla aún más útil».

Las ventajas de las superficies altamente antiadherentes van mucho más allá de las aplicaciones médicas. Si bien existe preocupación con respecto a las sustancias químicas absorbidas en el cuerpo de los revestimientos antiadherentes disponibles en el mercado, las superficies antiadherentes a base de seda pueden ofrecer una opción alternativa que puede explorarse por su relativa seguridad.

Uno también podría imaginarse los parabrisas de los automóviles donde el agua de lluvia simplemente cae sin usar limpiaparabrisas, recubrimientos en metales que ayudan a prevenir la oxidación o en telas para que sean más fáciles de limpiar.

«El éxito que tuvimos con la modificación de la seda para repeler el agua amplía nuestro éxito con la modificación química de la seda para otras funcionalidades, como la capacidad de cambiar de color, conducir una carga eléctrica o persistir o degradarse en un entorno biológico», dijo David Kaplan, Stern Profesor familiar de ingeniería en Tufts. «Como proteína, la seda se presta bien a la química modular : la capacidad de ‘enchufar’ diferentes componentes funcionales en un andamio natural».