Recientemente, los científicos e ingenieros han vuelto a la naturaleza para inspirar y ayudar a resolver algunos de los problemas de la ciencia, los militares y los públicos; Este método, llamado biomimicría, ha tenido bastante éxito hasta ahora. En la cuestión de la creación de una armadura corporal de peso ligero que protege con éxito a los soldados y oficiales de la ley de la balística y la metralla, los científicos han recurrido a la seda de la araña para obtener la respuesta.
seda de araña
La seda de la araña tiene propiedades notables, que aparentemente encuentran su base en su estructura y composición. En general, una araña puede producir unos seis tipos diferentes de seda, todos los cuales sirven una función específica para la araña y tienen composiciones y estructuras ligeramente diferentes. Por ejemplo, el argentata argentata tiene cinco tipos diferentes de seda que tienen funciones separadas: dragline seda “, utilizada para el borde externo de la web y los radios, y el salvavidas mientras hace la web; seda espiral de captura , una seda muy pegajosa y flexible utilizada para capturar presas; seda tubiliforme, que es la seda más rígida y se usa para proteger los sacos de huevo; seda aciniforme, que es dos o tres veces más fuerte que los otros tipos y se usa para envolver y asegurar capturado capturado presa; y seda menor de ampullada, que funciona como andamiaje temporal durante la construcción web.
Además, las arañas no solo pueden producir diferentes tipos de seda de diferentes estructuras y composición, sino también las estructuras y composiciones de las sedas varían ligeramente Entre las especies de arañas. La gran cantidad de variedad entre las sedas de la araña ha hecho que la gran cantidad de investigación sobre estos tipos de seda sea muy desafiante. La seda de draglina, también llamada seda ampullada mayor, se ha estudiado más ampliamente entre todas las sedas. Dragline Silk, como es cierto para todas las sedas de araña, es una fibra de proteínas, que tiene secuencias cristalinas y amorfas alternas. y conocido con especificidad en la seda de dragline. Hay dos proteínas en las fibras de la seda de la araña dragline. Uno es rico con la alanina de aminoácidos y el otro es rico en la glicina de aminoácidos. La proteína rica en ALA se pliega en hojas beta, un tipo de estructura, que se conecta por enlaces de hidrógeno relativamente fuertes para formar la estructura cristalina. Estos se encuentran en una matriz rica en glicina que conecta las láminas beta ricas en ala entre sí con cadenas prefabricadas.
El proceso de girar la seda de dragline es extremadamente importante en sí mismo porque explica algunas de las propiedades únicas de sedas. La seda está hecha en la ampolla, la glándula de seda, donde en la región secretora de la zona A se fabrican y se agrupan las proteínas, luego en la región secretora de la zona B, las proteínas se mezclan con carbohidratos y peroxidasa, que será el revestimiento del revestimiento En la seda de la araña.
A continuación, la mezcla de seda naciente deja la ampolla a través de un embudo y entra en el largo conducto giratorio en forma de S, que se divide en tres regiones que se vuelven más estrechas a medida que se acercan al spinneret. Las extremidades proximales y mediales del conducto giratorio sirven para eliminar el agua de la mezcla de seda, y la extremidad distal del conducto giratorio sirve para bañar la mezcla de seda en un baño ácido creado por bombas de protones. Al final de la extremidad distal se agrega una capa lipídica a la fibra recién formada, luego la fibra de seda sale a través del spinneret. Este es un proceso importante porque la seda va de una mezcla a fibra a través de este proceso largo y sinuoso, lo que alinea los aminoácidos de la manera correcta para darle a la seda sus regiones alternativas cristalinas y amorfas. Además, a pesar de que los científicos conocen las proteínas en la seda de dragline y los genes que codifican para ellos, no pueden replicar este proceso artificialmente.
de la seda de la araña
Las arañas utilizan seda para muchas funciones diferentes. Las arañas usan su seda para hacer sus redes, proteger sus huevos, migrar a diferentes entornos globulando, ayudar en el proceso de apareamiento, refugiarse e inmovilizar a sus presas. Las arañas se transportan a sí mismas distancias más largas al solucionar un tipo de seda realmente fino llamado Gossamer, que el viento atrapa y lleva la araña junto con ella. Las arañas también usan su seda como fuente de nutrición porque el proceso de fabricación y giración de la seda es intensiva en mano de obra; En consecuencia, las arañas comen su seda para reciclar las proteínas de seda sin tener que usar energía para hacer más. La seda no sería tan efectiva en estas funciones si no fuera tan fuerte y elástica de propiedades que se explican por la estructura, la composición y el proceso de giro de la seda.
de la evolución de la seda de la araña < /b>
Desde una perspectiva evolutiva, las arañas evolucionaron la capacidad de hacer seda para conservar energía en el proceso de caza, utilizando las redes como trampas de presas usan menos energía que perseguir presas; para proteger a sus crías de los depredadores; y para ayudar en el proceso de apareamiento, de modo que las generaciones de arañas continúen. Además, esta seda tenía que ser fuerte para apoyar el peso de las arañas, que generalmente son grandes en comparación con el tamaño de su red, y atrapar presas sin desgarrar la seda araña es un producto increíblemente único de la evolución y el mundo biológico, y ahora es una fuente de inspiración para muchos usos prácticos.
Aplicaciones de ingeniería de Spider Silk
Las aplicaciones de ingeniería de Spider Silk son casi interminables debido a sus Increíble fuerza y flexibilidad. Por ejemplo, la araña Caerostris Darwini produce seda que es “más de 10 veces más fuerte que Kevlar”, que es una fibra sintética que está tejida para hacer chalecos resistentes a las balas. Aparentemente, los científicos buscan hacer una armadura corporal ligera con la seda de la araña. La seda de araña también se puede usar para hacer suturas, paracaídas livianos y ligamentos artificiales.
Todas estas serían una aplicación directa de seda de araña para resolver problemas científicos, cívicos y militares; Sin embargo, la aplicación directa de la seda de la araña para estos no es actualmente factible porque las arañas no son una gran cantidad de seda y criando grandes grupos de arañas y mantenerlas en el mismo lugar no es factible debido a su naturaleza depredadora y a menudo caníbal. Los científicos han tratado de producir artificialmente seda de araña manipulando genéticamente los gusanos de seda, e. coli y cabras; Sin embargo, estos organismos no pueden producir las mismas proteínas que las arañas ni pueden producir seda con la misma resistencia y flexibilidad.
Solución sintética para la producción de seda de araña
En consecuencia, en consecuencia , los científicos han tratado de replicar las propiedades de la seda araña: fuerte resistencia a la tracción, alta elasticidad y bajo peso, en fibras sintéticas. Las fibras sintéticas como Kevlar son muy similares en la estructura y las propiedades químicas a la seda de la araña. Kevlar es un polímero y la seda de araña es un biopolímero y ambos tienen estructuras cristalinas líquidas. La gran resistencia a la tracción de Kevlar se deriva de esta estructura cristalina como las proteínas de seda porque la estructura permite numerosos enlaces intermoleculares entre los grupos carbonilo y los centros de NH en las cadenas del polímero. Las interacciones de apilamiento aromático actúan entre hilos adyacentes del polímero Kevlar que le dan más resistencia.
Por lo tanto, de muchas maneras, fibras sintéticas Kevlar y similares imitan con éxito las propiedades de la seda de las arañas. Ahora hay chalecos y trajes con resistencia balística liviana que protegen al personal militar y los oficiales de la ley que son significativamente más ligeros que el desgaste resistente balística que está hecho de cerámica. Sin embargo, la armadura del cuerpo hecha de fibras sintéticas no es perfecta. Todavía no tiene la misma resistencia a la tracción que la seda araña y tampoco es tan elástico. En general, el uso de fibras sintéticas como Kevlar, que se fabrican con la intención de replicar las propiedades de la seda de la araña, en la armadura de Bond para proteger al personal militar en la batalla y los oficiales de policía en el trabajo es un ejemplo paradigmático de biomimética.
fuentes
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Artículo original publicado en Suite101.com
