Gusanos producen seda reforzada con nanotubos de carbono y grafeno

Por Francisco R. Villatoro, el 14 octubre, 2016. Categoría(s): Biología • Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Physics • Science ✎ 2

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Mi grupo de investigación estudia la fabricación de fibras reforzadas mediante estirado fluidodinámico. Hace años propuse estudiar la fabricación de fibras reforzadas con nanotubos de carbono. Nunca imaginé que alimentar a gusanos de seda con hojas de morera rociadas con nanotubos de carbono (u hojas de grafeno) permitiese fabricar de forma natural este tipo de fibras reforzadas. Quizás sea algo que solo se le puede ocurrir a un chino (donde se fabrica seda con gusanos desde hace tres milenios).

La producción in vivo de fibras de seda reforzadas con nanotubos de carbono o grafeno es tan sorprendente y prometedora como la fabricación de grafeno por exfoliación con cinta adhesiva. Quizás algún día haya una industria de la seda reforzada con nanomateriales en China. Sin embargo, me gustaría recordar que este trabajo también nos recuerda los riesgos de la nanotecnología. Si los nanotubos se incorporan en las proteínas de la seda, entonces nada impide que también se incorporen a otras proteínas. Este trabajo chino tendrá importantes consecuencias en los estudios sobre la toxicología de nanomateriales. Quizás el gusano de seda acabe siendo un animal modelo para estos estudios.

El artículo es Qi Wang, Chunya Wang, …, Yingying Zhang, “Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers,” Nano Letters 16: 6695–6700 (13 Sep 2016), doi: 10.1021/acs.nanolett.6b03597. Me he enterado gracias a un colega que se ha encontrado esta historia en Meneame.

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La seda producida por los gusanos de seda (orugas de la mariposa Bombyx mori) se extrae del capullo que protegerá la crisálida donde se producirá la metamorfosis. Alimentar los gusanos de seda con hojas de morera en las que se han dispersando nanomateriales de carbono (como nanotubos de carbono u hojas de grafeno) no es barato. La mayoría son excretados en los excrementos. Sin embargo, parte de ellos son digeridos y se incorporan a su seda de fibroína (una proteína fibrosa) y sericina (una proteína pegajosa). Las medidas espectroscópicas indican que los nanomateriales de carbono se incorporan a las proteínas de fibroína generando enlaces cruzados que dan lugar un incremento en el número de hojas beta en su conformación. Como resultado, la seda se ve reforzada en sus propiedades mecánicas y de conducción eléctrica y térmica.

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En estas figuras, los gusanos de control alimentados con hojas de morera sin rociar se llaman Control-S. Los alimentados con hojas rociadas con nanotubos de carbono en una solución con una concentración del 0,2% y del 1,0% en peso se llaman SWNT1-S y SWNT2-S, resp.; para hojas rociadas con grafeno en concentración al 0,2% y al 2,0% se llaman GR1-S y GR2-S, resp. Se estudiaron 100 gusanos divididos en cinco grupos de 20 gusanos (Control-S, SWNT1-S, SWNT2-S, GR1-S y GR2-S). No se observaron diferencias en el comportamiento o en el fenotipo de los gusanos de seda, hasta que se produjeron los capullos de seda. Parece que la concentración de nanomateriales en las hojas de morera usada es segura para la vida normal de estos gusanos.

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Las propiedades mecánicas de las fibras reforzadas indican que, a concentración baja, SWNT1-S y GR1-S, mejora la resistencia a fractura y crece la elongación antes de la fractura. Las medidas del módulo de rotura (toughness modulus) indican que casi se duplica para bajas concentraciones. Sin embargo, para concentraciones altas, estos parámetros se comportan peor que para la seda natural. Futuros estudios tendrán que estudiar en detalle el efecto de la concentración de nanomateriales rociados sobre las hojas de morera para optimizar el refuerzo de las fibras de seda.

En resumen, un trabajo muy curioso, que quizás merezca un Ig Nobel al ingenio. A mí me trae recuerdos. Qué tiempos aquellos, antes de la crisis. Nos concedieron un contratado Ramón y Cajal (era la primera convocatoria) para estudiar la fabricación mediante estirado de fibras de polímeros reforzadas con nanotubos de carbono (que se encontrarían disueltos en la preforma). Nuestro joven doctor formado en Reino Unido dudó, pues ya estaba trabajando en el extranjero (Alemania) para la industria microelectrónica. Tras un año (plazo máximo para tomar la decisión definitiva) optó por permanecer allí (le renovaron el contrato con una buena subida de sueldo). Mi grupo se quedó sin un motor joven para estudiar el reforzado con nanotubos de carbono (hemos estudiado el reforzado con polímeros de diversos tipos). Qué tiempos.



2 Comentarios

  1. No estoy de acuerdo en que este trabajo se merezca un ig nobel, de hecho me parece bastante original, y muy cercano a su implementacion tecnica, es decir, a tener un producto final “vendible”

    1. Gerardo, no veo absolutamente nada malo en que un producto sea vendible. Disculpa mi ignorancia, pero ¿un ig nobel debe ser puramente teórico sin ninguna aplicación? A mí el proyecto que plantea el profesor Villatoro me parece interesantísimo, además de encantador, y pienso introducirlo en uno de mis cuentos de ciencia ficción. Mucha suerte, profesor.

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