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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Los secretos de la seda

Los secretos de la seda
Ilustración :: ÁLEX

Un conocido estribillo de una canción infantil reza así: “un elefante, se balanceaba, en la tela de una araña. Como veía, que no se caía, fue a llamar a otro elefante”. Y así, paulatinamente, la cantidad de elefantes va aumentando. Pero, ¿se trata sólo de imaginación o tenía el anónimo autor de la canción más conocimientos científicos de los que nos imaginamos?.  Lo cierto es que las propiedades de la seda, el material de la tela de la araña, son excepcionales.

Su historia comercial se inicia muy remotamente. Según la tradición china, la sericultura, la cria de gusanos de seda, los grandes productores de seda, era conocida hace más de 5.000 años. Una tradición relata que, hacia el año 2700 a.C., Hsi Ling Shi, novia o esposa del Emperador Huang Ti (el Emperador Amarillo), una chica de 14 años, fue enviada para investigar la plaga de una morera y vio el árbol lleno de capullitos blancos con un gusanito dentro. Cuando uno de estos capullos cayó en su taza de té descubrió cómo, por el calor, se desprendía un hilo sin fin. 

Varios miles de años después, hace unos días, científicos del prestigioso Massachusetts Institute of Technology (MIT) acaban de publicar una investigación indicando que han descubirto buena parte de las causas de las extraordinarias propiedades de la seda.

HISTORIA
La seda surge de una fibra producida por las glándulas salivales del gusano de seda La sericicultura a partir de los gusanos de seda Bombyx se extendió a través de China, convirtiendo la seda en un artículo muy apreciado, también en otros países. En el año 139 a.C. se abrió la mayor ruta mundial de comercio, que abarcaba desde el este de China hasta el mar Mediterráneo y durante miles de años largas caravanas de asnos o camellos, recorrIeron los caminos comerciando con Oriente, la India, y Arabia. Por esta “Ruta de la Seda”, llegaban las especias y la seda de China. En el año 300 d.C. el secreto de la producción de seda se había transmitido por los mercaderes a la India y a Japón, extendiéndose después por Asia, pero durante tres milenios China exportó este tejido precioso con exclusividad.

En la Edad Media comenzó a extenderse el uso de la seda en la Europa occidental, mientras que en China se convirtió en un don preciado y los campesinos no tuvieron derecho a utilizarla hasta la dinastía Qing (1644-1911).  A Europa llegaron huevos de los gusanos de seda así como semillas de moreras y se inició su producción que, después, se extendió a los Estados Unidos. En el siglo XVIII Inglaterra lideraba la producción europea, gracias a las innovaciones en su industria textil, entre ellas contar con mejores telares de seda, telares mecánicos y con el estampado con rodillos. El proceso de industrialización alcanzó su cúspide en el siglo XIX. Entre 1855 y 1865, una epidemia, la enfermedad de Pébrine, causada por un pequeño parásito, causó grandes estragos en la industria y fue el gran científico  Louis Pasteur quien descubrió que se podía prevenir a través de un simple examen microscópico de las polillas adultas.

Aunque otras alternativas favorecieron su decline, la producción de seda hoy en día es una combinación entre técnicas antiguas y modernas y sus características únicas están sirviendo para reactivar su investigación y uso industrial en aplicaciones biotecnológicas. China vuelve a ser el principal productor de seda natural mientras que en América es Brasil quien ocupa el lugar preponderante.

PROPIEDADES
La seda consiste en filamentos proteínicos que pueden alcanzar longitudes de entre 300 y 900 metros, compuestos de dos fibras de seda o fibroína, que suponen un 70-75% de la composición global. Las fibroínas se unen entre sí mediante moléculas de otra proteína, la sericina, que supone el restante 20-25%. La doble fibra, con su recubrimiento de sericina, emerge semilíquida por un conducto situado en la cabeza del gusano de seda  y se solidifica o polimeriza al contacto con el aire.

La fibroína tiene una secuencia de aminoácidos característica: (G-S-G-A-G-A)n. Esta secuencia hace formar láminas llamadas beta, que se empaquetan. La seda es uno de los materiales más robustos conocidos, más fuerte y menos quebradizo (a igualdad de peso) que el propio acero. Conocer el secreto de este comportamiento sería de una gran ayuda para los científicos e industriales enmpeñados en la obtención de nuevos y mejores materiales. Más aún, al ser un producto natural, la seda por sí misma o en forma de derivados de la misma, presenta otras ventajas ambientales: fuente renovable, producto térmicamente reciclable, biodegradable, no incrementa los niveles atmosféricos del CO2, con bajo consumo energético en su producción y totalmente saludable.

Las ventajas de la seda (S) son claras al comparar sus propiedades con otras fibras, por ejemplo una fibra natural como el algodón (A), o una artificial como el kevlar 49 (K). Menor densidad: S:1,3; A:1,5; K:2,7. Fuerza tensil superior a la natural: S: 1500; A: 400; K: 4000. Máxima elongación, muy superior a la fibra natural y a la artificial: S: 25; A: 7;  K: 3.  La seda es una de las fibras más resistente conocidas,  y cuando está seca, la elongación  varía en un 10-25%, mientras que si está mojada se alarga hasta un 33-35. Globalmente, la seda es mucho más resistente que un cable de acero de similar grosor, y muchísimo más elástica. Se dice que un cable de seda del grosor de un lápiz sería capaz de detener a un Boeing 747 en pleno vuelo.

INVESTIGACIÓN
¿Cuáles son las causas del insólito comportamiento de las fibras de la seda?. La extraña combinación de fuerza y ligereza se debe a la existencia de unos enlaces peculiares. El tema ha sido objeto de investigación por el equipo del MIT, dirigido por Markus Buehler del que forman parte otros tres jóvenes científicos. Los resultados han sido acogidos y publicados muy recientemente en la revista NATURE MATERIALS. Aparte de los datos experimentales directos una porción importante de las conclusiones las han obtenido a partir de modelos informáticos que simulan no sólo la estructura de las moléculas sino el modo como se mueven e interaccionan entre si.

Sobre todo han investigado y evaluado la naturaleza y distribución de los débiles y abundantes enlaces que los químicos denominan enlaces por puente de hidrógeno que consiguen la unión entre las láminas beta ya mencionadas anteriormente. No se trata de una unión rígida sino que es  más flexible. En el caso de las fibras de la seda la combinación de ductilidad-fuerza se logra gracias a ellos que son responsables de la disposición espacial de las minúsculas láminas de fibroína y de la interacción entre las láminas.. Por ejemplo, descubrieron que existe una dependencia crítica entre las propiedades finales de la fibra y los tamaños de los cristales de láminas beta. Cuando el tamaño del cristal es de unos 3 nanometros (un nanometro es la milmillónesima parte de un metro) el material es fuerte y dúctil, pero si su tamaño es de 5 nanometros se vuelve frágil y débil.

Todo ello significará un mejor conocimiento científico para abordar el diseño de nuevas fibras y de sus derivados, mejorando las propiedades de las ya conocidas, con implicaciones que van más allá de la comprensión de las moléculas de la seda, ya que los resultados podrían aplicarse a una clase más amplia de materiales biológicos, como la madera o fibras vegetales, y los biomateriales usados en Medicina.