Toda criança que leu uma história em quadrinhos ou assistiu a um filme do Homem-Aranha tentou imaginar como seria atirar uma teia do pulso, voar sobre as ruas e imobilizar vilões. Pesquisadores da Tufts University levaram essas cenas imaginárias a sério e criaram a primeira tecnologia de lançamento de teia na qual um material fluido pode ser atirado de uma agulha, solidificar-se imediatamente como uma corda e aderir e levantar objetos.

O estudo foi publicado na revista Advanced Functional Materials .

Essas fibras pegajosas, criadas no Tufts University Silklab, vêm de casulos de traças da seda , que são fervidos em solução e quebrados em suas proteínas de bloco de construção chamadas fibroína. A solução de fibroína da seda pode ser extrudada através de agulhas de furo estreito para formar um fluxo que, com os aditivos certos, se solidifica em uma fibra quando exposta ao ar.

Claro, a natureza é a inspiração original para a implantação de fibras de seda em amarras, teias e casulos. Aranhas, formigas, vespas, abelhas, borboletas, mariposas, besouros e até moscas podem produzir seda em algum momento de seu ciclo de vida.

A natureza também inspirou o Silklab a ser pioneiro no uso da fibroína de seda para fazer colas poderosas que podem funcionar debaixo d'água, sensores imprimíveis que podem ser aplicados em praticamente qualquer superfície, revestimentos comestíveis que podem estender a vida útil dos produtos, um material coletor de luz que pode aumentar significativamente a eficiência das células solares e métodos de fabricação de microchips mais sustentáveis.

No entanto, embora tenham feito progressos significativos com materiais à base de seda, os pesquisadores ainda precisam replicar a maestria das aranhas, que podem controlar a rigidez, a elasticidade e as propriedades adesivas dos fios que tecem.

Um avanço surgiu puramente por acidente. "Eu estava trabalhando em um projeto fazendo adesivos extremamente fortes usando fibroína de seda, e enquanto eu estava limpando meus artigos de vidro com acetona, notei um material parecido com uma teia se formando no fundo do vidro", disse Marco Lo Presti, professor assistente de pesquisa na Tufts.

A descoberta acidental superou vários desafios de engenharia para replicar fios de aranha. Soluções de fibroína de seda podem formar lentamente um hidrogel semissólido ao longo de um período de horas quando expostas a solventes orgânicos como etanol ou acetona, mas a presença de dopamina, que é usada na fabricação dos adesivos, permitiu que o processo de solidificação ocorresse quase imediatamente.

Quando a lavagem com solvente orgânico foi misturada rapidamente, a solução de seda rapidamente criou fibras com alta resistência à tração e pegajosidade. A dopamina e seus polímeros empregam a mesma química usada por cracas para formar fibras que grudam tenazmente em superfícies.

O próximo passo foi fiar as fibras no ar. Os pesquisadores adicionaram dopamina à solução de fibroína de seda, o que parece acelerar a transição do líquido para o sólido ao puxar a água para longe da seda. Quando disparado por uma agulha coaxial, um fino fluxo da solução de seda é cercado por uma camada de acetona que desencadeia a solidificação.

A acetona evapora no ar, deixando uma fibra presa a qualquer objeto com o qual entre em contato. Os pesquisadores aprimoraram a solução de fibroína-dopamina de seda com quitosana, um derivado de exoesqueletos de insetos que deu às fibras até 200 vezes mais resistência à tração, e tampão de borato, que aumentou sua adesividade em cerca de 18 vezes.

O diâmetro das fibras pode variar entre o de um fio de cabelo humano e cerca de meio milímetro, dependendo do diâmetro da agulha.

O dispositivo pode disparar fibras que podem pegar objetos com mais de 80 vezes seu próprio peso sob várias condições. Os pesquisadores demonstraram isso pegando um casulo, um parafuso de aço, um tubo de laboratório flutuando na água, um bisturi parcialmente enterrado na areia e um bloco de madeira a uma distância de cerca de 12 centímetros.

Lo Presti observou que "se você observar a natureza, verá que as aranhas não conseguem atirar suas teias. Elas geralmente fiam a seda de sua glândula, entram em contato físico com uma superfície e desenham as linhas para construir suas teias. Estamos demonstrando uma maneira de atirar uma fibra de um dispositivo, então aderir e pegar um objeto à distância. Em vez de apresentar este trabalho como um material bioinspirado, é realmente um material inspirado em super-heróis."

A seda natural de aranha ainda é cerca de 1.000 vezes mais forte do que as fibras artificiais neste estudo. Mas com um pouco mais de imaginação e engenharia, a inovação continuará a melhorar e a abrir caminho para uma variedade de aplicações tecnológicas.

"Como cientistas e engenheiros, navegamos na fronteira entre imaginação e prática. É aí que toda a mágica acontece", disse Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble Professor of Engineering na Tufts University e diretor do Silklab.

"Podemos ser inspirados pela natureza. Podemos ser inspirados por histórias em quadrinhos e ficção científica. Neste caso, queríamos fazer engenharia reversa em nosso material de seda para se comportar da maneira como a natureza o projetou originalmente, e os escritores de histórias em quadrinhos o imaginaram."