Os pesquisadores conseguiram criar um dispositivo que tece seda artificial de aranha que se assemelha ao que as aranhas produzem naturalmente. A glândula de seda artificial foi capaz de recriar a complexa estrutura molecular da seda, imitando as várias mudanças químicas e físicas que ocorrem naturalmente na glândula de seda de uma aranha.

Esta inovação ecológica é um grande passo em direção à sustentabilidade e pode impactar diversas indústrias. O estudo, liderado por Keiji Numata do Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis no Japão, juntamente com colegas do RIKEN Pioneering Research Cluster, foi publicado na revista Nature Communications .

Famosa por sua resistência, flexibilidade e leveza, a seda de aranha tem uma resistência à tração comparável à do aço do mesmo diâmetro e uma relação resistência-peso incomparável. Somado a isso, é biocompatível, o que significa que pode ser utilizado em aplicações médicas, além de ser biodegradável. Então, por que nem tudo é feito de seda de aranha? A colheita em larga escala de seda de aranhas revelou-se impraticável por vários motivos, cabendo aos cientistas desenvolver uma forma de produzi-la em laboratório.

A seda da aranha é uma fibra biopolimérica feita de grandes proteínas com sequências altamente repetitivas, chamadas espidroínas. Dentro das fibras de seda existem subestruturas moleculares chamadas folhas beta, que devem estar alinhadas adequadamente para que as fibras de seda tenham suas propriedades mecânicas únicas. A recriação desta complexa arquitetura molecular confundiu os cientistas durante anos. Em vez de tentar conceber o processo do zero, os cientistas da RIKEN adotaram uma abordagem biomimética.

Como explica Numata, "Neste estudo, tentamos imitar a produção natural de seda de aranha usando microfluídica, que envolve o fluxo e a manipulação de pequenas quantidades de fluidos através de canais estreitos. Na verdade, pode-se dizer que a glândula de seda da aranha funciona como uma espécie de dispositivo microfluídico natural."

O dispositivo desenvolvido pelos pesquisadores parece uma pequena caixa retangular com pequenos canais inseridos nela. A solução precursora de espidroína é colocada em uma extremidade e depois puxada para a outra extremidade por meio de pressão negativa.

À medida que as espidroínas fluem através dos canais microfluídicos, elas são expostas a mudanças precisas no ambiente químico e físico , que são possibilitadas pelo projeto do sistema microfluídico. Sob as condições corretas, as proteínas se automontaram em fibras de seda com sua estrutura complexa característica.

Os pesquisadores fizeram experiências para encontrar essas condições corretas e, eventualmente, conseguiram otimizar as interações entre as diferentes regiões do sistema microfluídico. Entre outras coisas, descobriram que usar a força para empurrar as proteínas não funcionava; somente quando eles usaram pressão negativa para puxar a solução de spidroin puderam ser montadas fibras de seda contínuas com o alinhamento correto e revelador das folhas beta.

“Foi surpreendente o quão robusto era o sistema microfluídico, uma vez estabelecidas e otimizadas as diferentes condições”, diz o cientista sênior Ali Malay, um dos coautores do artigo. "A montagem das fibras foi espontânea, extremamente rápida e altamente reprodutível. É importante ressaltar que as fibras exibiram a estrutura hierárquica distinta encontrada na fibra de seda natural."

A capacidade de produzir artificialmente fibras de seda usando este método pode trazer inúmeros benefícios. Não só poderia ajudar a reduzir o impacto negativo que a atual produção têxtil tem no meio ambiente, mas a natureza biodegradável e biocompatível da seda de aranha a torna ideal para aplicações biomédicas, como suturas e ligamentos artificiais.

“Idealmente, queremos ter um impacto no mundo real”, diz Numata. “Para que isso ocorra, precisaremos ampliar nossa metodologia de produção de fibras e torná-la um processo contínuo. Também avaliaremos a qualidade de nossa seda artificial de aranha usando diversas métricas e faremos melhorias adicionais a partir daí.”