Desvelan las características estructurales que proporcionan elasticidad y fuerza a la seda de las arañas
02/03/2011 - 12:15
Un trabajo del Instituto Heidelberg de Estudios Teóricos en Alemania describe la arquitectura de fibras de seda en el nivel atómico y revela nueva información sobre la estructura molecular que subyace a las sorprendentes características mecánicas de este material natural. Los investigadores publican su trabajo en la revista 'Biophysical Journal'.
Las arañas utilizan la seda, extremadamente fuerte y elástica, para crear telarañas y suspenderse en el espacio. Según explica Frauke Gräter, responsable del estudio, "las fibras de seda muestran increíbles propiedades mecánicas. Tienen una fuerza comparable al acero, una dureza mayor que la del Kevlar y una densidad menor que el algodón o el nylon".
"Dado que las fibras de seda continúan superando a sus homólogos artificiales en términos de dureza, muchos estudios han intentado comprender las características mecánicas de estas extraordinarias fibras naturales", añade Gräter.
Las fibras de seda de la araña contienen dos tipos de elementos constituyentes, componentes lisos amorfos y cristalinos fuertes. Los investigadores querían desarrollar un mejor conocimiento de las propiedades mecánicas de las fibras de seda de las arañas e implementaron un método informático de 'abajo a arriba' multiescala que comenzaba al nivel de los átomos que constituían las subunidades amorfas y cristalinas y diseccionaba las contribuciones de estos elementos constituyentes.
El grupo utilizó tanto simulaciones moleculares para el estudio de las subunidades individuales y emparejadas como simulaciones de elementos finitos para un modelo de fibra integral.
Los investigadores descubrieron que las subunidades amorfas lisas son responsables de la elasticidad de la seda y también ayudan con la distribución de la tensión. La máxima dureza de la seda requiere una cantidad específica de subunidades cristalinas y depende de la manera en que estas subunidades se distribuyen en la fibra. Los autores evaluaron las diferentes arquitecturas estructurales de las subunidades de la fibra en relación a su rendimiento mecánico óptimo.
"Determinamos que un organización serial de las subunidades cristalinas y amorfas en discos superaba a una organización aleatoria o paralela, lo que sugiere un nuevo modelo estructural para la seda", señala Gräter.
En conjunto, los descubrimientos proporcionan un conocimiento más claro de la naturaleza mecánica de las fibras de la seda de la araña y podría ser útil para el diseño de fibras de seda artificiales.
