Bichos-da-seda alimentados com grafeno produzem seda super-resistente

O grafeno é um material produzido a partir de nanotubos de carbono, suas fibras são  incrivelmente fortes, flexíveis, leves e condutoras possuindo enorme potencial em energia, eletrônica, medicina e muito mais. Embora a teia produzida pelas aranhas seja mais conhecida como um dos itens mais fortes e resistentes produzidos por um animal, Bichos-da seda alimentados com grafeno tem roubado a atenção dos pesquisadores. Ao examinar os efeitos da inclusão deste material na alimentação das larvas os pesquisadores observaram algo inusitado: A produção de uma superseda!

O bicho-da-seda é a forma larvar da mariposa Bombyx mori, um inseto economicamente importante, sendo usado na produção de fios de seda. Esta espécie é nativa do Norte da China, mas está atualmente distribuída por todo o mundo devido à pratica da sericicultura, a produção de seda. O bicho-da-seda alimenta-se exclusivamente de folhas de Amoreira, ao longo de toda a sua fase de vida larvar. Ao fim de um período de pouco mais de um mês, a lagarta torna-se amarelada e começa a produzir um fio a partir de glândulas em sua boca que é usado para formar o casulo onde ocorrerá a metamorfose para o estágio adulto. É esse casulo que serve de fonte para a seda.

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Casulos de Bombyx mori

De acordo com os relatos antigos, estas mariposas foram domesticadas para a sericultura há cerca de 3.000 anos a.C, no atual território da China e espalhou-se por vários países asiáticos como a Índia, a Coréia e o Japão. Após milhares de anos de domesticação, as mariposas perderam a capacidade de voo, sendo completamente dependentes do homem na alimentação e não conseguindo sobreviver em ambiente natural, algo que pode ter sido inconscientemente mudado pela seleção artificial feita pelos criadores em busca melhores resultados na produção de seda, visto que a produção de seda da espécie selvagem Bombyx mandarina, não é economicamente viável. Existem centenas de variedades de bichos-da-seda, que são preservados em bancos de germoplasma para realização de cruzamentos seletivos e produção de híbridos viáveis para o aprimoramento da produção de seda.

O grafeno é uma estrutura cristalina formada por ligações entre átomos de carbono, estes átomos ficam arranjados em um padrão hexagonal em uma estrutura plana bidimensional com a espessura de apenas um átomo, algo parecido com uma ‘rede de arames’. O grafeno é um material extraordinariamente forte, flexível, leve e um excelente condutor de calor e eletricidade. Levando em consideração suas proporções, é 100 vezes mais forte que o aço. Estas propriedades garantem grandes aplicações para a indústria eletrônica aumentando a eficiência de condutores, processadores, capacitores e baterias, também revelando grande potencial na para filtragem de água salgada, extração de materiais radioativos de soluções aquosas, construção de dispositivos biônicos, etc. Não é à toa que recebe a alcunha de “material milagroso”.

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Representação esquemática do arranjo molecular do grafeno

Em uma pesquisa realizada na Universidade de Tsinghua, em Pequim, os pesquisadores pulverizaram cinco tipos de soluções aquosas em folhas de amoreira (uma com 0,2% e outra com 1% de nanotubos de carbono, uma com 0,2% e outra com 2% de grafeno e uma solução controle sem nenhuma nanopartícula de carbono). No total 100 larvas foram divididas em cinco grupos e cada grupo foi alimentado com um tipo de solução. Após coletar os casulos e extrair as fibras de seda de acordo com método usado tradicionalmente na sericultura o material foi analisado em busca de diferenças em suas propriedades físicas.

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Ilustração  da metodologia utilizada pela equipe

Os resultados mostraram que as nanopartículas foram parcialmente incorporadas nas fibras de seda, o que foi comprovado pelas análises de excrementos. As sedas incorporadas com os nanomateriais apresentaram propriedades mecânicas aprimoradas com valores de força de fratura, alongamento máximo até a quebra e tenacidade bem maiores que a a seda produzida pela solução de controle. No geral, a seda reforçada foi duas vezes mais resistente que a seda regular e poderia suportar pelo menos 50% de tensão a mais antes de quebrar. Porém notou-se uma pequena redução desses valores nos tratamentos com maiores concentrações de nanopartículas o que indica que a incorporação exagerada destes materiais pode afetar as propriedades das fibras. A equipe também detectou alta condutibilidade elétrica da seda reforçada, ao contrário da seda comum. Isso ocorre porque a ingestão dos novos elementos provavelmente alterou a seda em um nível molecular. Adicionalmente, a espectroscopia e microscopia mostraram que as fibras de seda modificadas tinham uma estrutura mais ordenada.

Este estudo demonstra que a incorporação de nanomateriais na seda pode ser uma opção economicamente viável para produção de fibras super resistentes a partir de um método ecologicamente seguro. Pois as metodologias tradicionais de aumento da performance da seda utilizam solventes químicos tóxicos e procedimentos complexos que exigem vários passos. Ao incorporar o grafeno na seda, os pesquisadores unem os dois produtos mais desejáveis do mundo da moda e da ciência, revelando grande potencial no estudo de biomateriais.

O trabalho também abre portas para a possibilidade de produção de tecidos inteligentes. Um tecido condutor usando esta seda reforçada poderia ter boas aplicações na biomecânica, mostrando a tensão aplicada durante o esforço em determinadas áreas do corpo por um atleta, ou em tecnologias que permitam a comunicação com aparelhos eletrônicos como smartphones além de compor implantes médicos biodegradáveis.

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Fontes:

Artigo original publicado na Nano Letters: Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers

Matéria do Futurism: Graphene-Fed Silkworms Produce a Super-Strong Silk That Conducts Electricity

Páginas do Wikipédia: Bicho-da-sedaBombyx mori (Silkworm) e Grafeno

 

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