Tesis:
Influencia de la radiación ultravioleta en el comportamiento mecánico y en la microestructura de las fibras de seda de araña.
- Autor: PEREA ABARCA, Gracia Belén
- Título: Influencia de la radiación ultravioleta en el comportamiento mecánico y en la microestructura de las fibras de seda de araña.
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: CIENCIA DE LOS MATERIALES
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: GUINEA TORTUERO, Gustavo Víctor
- Director/a 2º: PEREZ RIGUEIRO, José
- Resumen: Las fibras de seda de araña constituyen un material enormemente atractivo. Su elevada resistencia y deformabilidad lo convierten en el material con mayor trabajo de fractura de todos los conocidos. Esta singular propiedad ha justificado que se hayan dedicado importantes esfuerzos a intentar producir fibras inspiradas en la seda de araña. Teniendo en cuenta que las particularidades de las arañas hacen inviable la recolección del material natural, tal y como se realiza con el gusano de seda, la estrategia para la producción de las fibras de seda artificiales se ha basado en la síntesis de proteínas inspiradas en las de la seda natural mediante Ingeniería Genética y en su posterior hilado. Ambas partes del proceso presentan unas dificultades técnicas considerables por lo que, pese a los esfuerzos realizados, las fibras bioinspiradas no han llegado aún a igualar las propiedades de la seda producida por las propias arañas. Una de las causas a las que se atribuye la dificultad de reproducir en las fibras artificiales bioinspiradas las propiedades del material natural es la diferencia de tamaño entre las proteínas naturales y los fragmentos clonados. En efecto, las técnicas de Ingeniería Genética actualmente sólo pueden producir de manera eficiente proteínas con pesos moleculares que son del orden de cinco veces menores que los de las proteínas naturales. Sin embargo, debido a que actualmente no se conoce en detalle el proceso de hilado de estas proteínas tampoco puede descartarse que las pobres propiedades de las fibras bioinspiradas no sean también el resultado de un procesamiento menos optimizado que el natural. Basándonos en los estudios previos realizados sobre polímeros semicristalinos, dentro de los cuales se encuentra la seda de araña, se sabe que la radiación ultravioleta (UV) modifica la estructura de los enlaces de los materiales. Dicha modificación podría estar asociada a una disminución del peso molecular de las cadenas, si el único evento generado por la radiación UV es la rotura de enlaces o, alternativamente, su aumento por la aparición de radicales libres muy reactivos, que puedan llevar a la formación de entrecruzamientos. En cualquiera de los dos casos, el estudio de la influencia de la radiación UV sobre la seda de araña natural debe permitir profundizar en la influencia del peso molecular de las cadenas en las propiedades mecánicas de la seda de araña. Por este motivo, el propósito general de este trabajo ha sido establecer una relación entre la variación tanto de las propiedades mecánicas como de la microestructura de la seda de araña y el tamaño de las proteínas que la constituyen cuando el material se somete a la radiación UV. Para la ejecución del trabajo se ha empleado seda de la glándula ampollácea mayor (MAS) de la especie Argiope trifasciata, habiéndose estudiado el comportamiento en tracción simple de fibras de seda sometidas a diferentes tiempos de irradiación con luz UV de longitudes de onda de 254, 312 y 365 nm, situadas entorno de la energía de enlace de las cadenas poliméricas. Se ha analizado en detalle la variación del peso molecular de las proteínas de la seda de araña cuando se somete el material a la radiación UV. Para ello ha sido necesario poner a punto una serie de técnicas de Biología Molecular, adaptándolas a las particularidades de la seda de araña. La caracterización se ha completado con un análisis fractográfico de fibras sometidas a diferentes tiempos de irradiación. Las variaciones de la microestructura de la seda de araña generadas por la radiación UV se han analizado mediante técnicas de difracción de rayos X y espectroscopia Raman. La combinación de ambas técnicas ha permitido caracterizar de una forma completa la influencia de la radiación UV en la microestructura de la seda, tanto en las regiones amorfas como en las cristalinas. La combinación de la caracterización mecánica, microestructural y bioquímica ha permitido concluir que la radiación UV produce la rotura de enlaces covalentes y, consiguientemente, una disminución del peso molecular de las proteínas que constituyen la seda de araña. Sin embargo, se ha encontrado que las fibras de seda presentan una significativa tolerancia al daño a nivel molecular, ya que la variación de las propiedades mecánicas se aprecia en etapas relativamente tardías de la degradación. Los resultados obtenidos, sugieren que un gran tamaño molecular no es un requisito imprescindible para la obtención de buenas propiedades mecánicas y que, probablemente, el papel del procesado de las fibras durante su hilado sea un elemento de mayor importancia de cara a la fabricación de fibras biomiméticas inspiradas en el hilo de araña.