Fibras de Seda

Fibras de seda naturales y artificiales

Grupo de Materiales Biológicos del Departamento de Ciencia de Materiales

Universidad Politécnica de Madrid

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Ejemplares de Argiope trifasciata.

Objetivos

Las fibras de seda constituyen un material enormemente atractivo. Su elevada resistencia y deformabilidad les permite almacenar gran cantidad de energía de deformación, que pueden después disipar, de modo que son especialmente apropiadas para absorber impactos (ver tabla comparativa). Este atractivo ha hecho que se hayan dedicado importantes esfuerzos a intentar producir fibras de proteínas similares a las de la seda naturales mediante ingeniería genética.

Además, el estudio de las propiedades de las fibras de seda de araña y su relación con la microestructura tiene el interés de servir como guía en el diseño y producción de futuros materiales biomiméticos para aplicaciones estructurales y para ser empleados como biomateriales.

El objetivo de esta línea de investigación del Departamento de Ciencia de Materiales es el estudio de las propiedades de las fibras de seda naturales, de las fibras de seda regeneradas (con igual composición pero hiladas artificialmente) y de las fibras de seda artificiales (con proteínas producidas por organismos modificados genéticamente e hiladas de forma artificial). Se trata de establecer las relaciones entre composición, procesado y propiedades (incluyendo propiedades mecánicas y microestructura).

 

Superficie de fractura de una fibra MA (microscopio electrónico de barrido, ancho de la imagen 10µm).

Dos fibras de seda MA componen el hilo de seguridad (microscopio electrónico de barrido, ancho de la imagen 30µm).

 

Líneas de trabajo

  • Estudio de la variabilidad de propiedades de las fibras de seda naturales, en especial de las fibras de seda de araña.

  • Estudio de las propiedades de fibras producidas por diferentes especies.

  • Caracterización, de la forma más completa posible, de las propiedades mecánicas de las fibras y su dependencia de las condiciones ambientales, de las condiciones de obtención, de la historia de deformaciones, etc.

  • Comportamiento higro-térmico.

  • Estudio de la microestructura de las fibras mediante difracción de rayos X, microscopía de fuerzas atómicas y microscopía electrónica de barrido.

  • Influencia de la composición en las propiedades del hilo.

  • Influencia del procesado en las propiedades del hilo. Desarrollo de nuevas técnicas de hilado.

  • Producción de fibras con proteínas obtenidas mediante ingeniería genética.

  • Desarrollo de fibras para aplicaciones biomédicas.

En el laboratorio, la especie de referencia es Argiope trifasciata, que tiene como hábitat natural las costas mediterráneas españolas.

 

Dispositivo de hilado.

Dispositivo de ensayos en máquina universal.

Dispositivo de ensayos en cámara climática con extensómetro óptico.

Desarrollo de dispositivos experimentales

Además de los medios experimentales del Departamento de Ciencia de Materiales, se han desarrollado dispositivos específicos para el estudio de las fibras de seda de araña:

  • Máquina de hilado.

  • Dispositivos para la fijación de las probetas de seda en máquinas universales de ensayo.

  • Dispositivos para inmersión de las fibras en líquidos controlando su elongación.

  • Dispositivo de ensayos mecánicos en condiciones ambientales controladas, combinando un actuador hidráulico, una cámara climática, dispositivos de fijación de las probetas y sensores de gran precisión para medida de la fuerza (célula de carga de 100mN) y elongación (extensómetro óptico).

  • Preparación de muestras de fibras de seda flageliforme para estudio de su comportamiento mecánico (las muestras se encuentran en la naturaleza recubiertas por una capa higroscópica adherente).

  • Preparación de muestras para observación en microscopio de fuerzas atómicas.

  • Preparación de muestras para medidas de difracción de rayos X, empleando radiación de sincrotrón, y medidas de espectroscopía Raman.

 

 

 

 

 

 

 

Publicaciones en revistas internacionales
Publicaciones en revistas nacionales
  • M. Elices, G.V. Guinea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza. Usos médicos de la seda. Investigación y Ciencia 419. pp. 28-354. 2011.

  • G.B. Perea, G.V. Guinea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, C. Karatzas, M. Elices. Efecto de la longitud de onda de la radiación de UV sobre la seda de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 28. pp. 45-49. 2011.

  • G.B. Perea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, G.V. Guinea, M. Elices. Efecto de la longitud de onda de la radiación de UV sobre la seda de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 27. pp. 41-43. 2010.

  • G.R. Plaza, A. Musa, J. Pérez-Rigueiro, A. Pons, G.B. Perea, M. Elices, G.V. Guinea. Comparación de la resistencia mecánica y disipación de energía de la seda de seguridad y de la seda víscida de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 25, pp. 41-46. 2008.

  • G.R. Plaza, P. Corsini, J. Pérez Rigueiro, M. Elices, E. Marsano, y Guinea, G. V. Fractura de fibras de seda regeneradas. Anales de Mecánica de la Fractura 24, pp. 315-320. 2007.

  • Pérez Rigueiro, Elices, M., J. Plaza, G.R., y Guinea, G. V. El efecto de la irradiación ultravioleta sobre la seda de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 23, 2006.

  • Plaza, G.R., Pons, A., Elices, M., Pérez Rigueiro, J. y Guinea, G. V. Absorción, disipación de energía mecánica y rotura de la seda víscida de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 22, pp. 258-263, 2005.

  • Plaza, G., Guinea, G. V., Pérez Rigueiro, J. y Elices, M. Tensiones de contracción inducidas en las fibras de seda de araña por absorción de agua. Anales de Mecánica de la Fractura 20, pp. 426-431, 2003.

  • Pérez Rigueiro, J., Elices, M., Antón, J. y Guinea, G. V. Resistencia mecánica de la seda de araña Argiope lobata obtenida mediante hilado forzoso. Anales de Mecánica de la Fractura 20, pp. 421-425, 2003.

  • Rueda , J., Pérez Rigueiro, J., Guinea, G. V. y Elices, M. Influencia de la radiación ultravioleta en el comportamiento a fractura del hilo de araña. Anales de Mecánica de la Fractura 19, pp. 343-348, 2002.

Contribuciones a congresos
  • G.V. Guinea. The (macro) alignment parameter: a normalization factor for the mechanical properties of silk. Meeting "Silk: threads of new discovery". Tufts European Center. Talloires, France. 20th July - 23rd July 2012.

  • G.R. Plaza. Relationship between mechanical properties and microstructure in silk fibers by XRD, micro-Raman and AFM. Meeting "Silk: threads of new discovery". Tufts European Center. Talloires, France. 20th July - 23rd July 2012.

  • S. Herrero, G.V. Guinea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, J. Llorca, A. Dasari. Caracterización de tubos de fibroína para regeneración nerviosa mediante obtenidos mediante electrospinning. XXIX Congreso anual del Grupo Español de Fractura. Bilbao 2012.

  • G.V. Guinea. Variability and Control of Mechanical Properties of Silk Fibers. Meeting "Silk: is it all spin?". New York Academy of Sciences. July 27-29 2011.

  • J. Pérez-Rigueiro. Similarities and Differences in the Microstructure of Natural and Bioinspires Silk Fibers. Meeting "Silk: is it all spin?". New York Academy of Sciences. July 27-29 2011.

  • G.B. Perea, G.V. Guinea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, C. Karatzas, M. Elices. Efecto de la longitud de onda de la radiación de UV sobre la seda de araña. XXVIII Congreso anual del Grupo Español de Fractura. Santander 2011.

  • J. Pérez-Rigueiro, M. Elices, G.V. Guinea, G.R. Plaza. Bio-Inspiration from spider's silk. Principles and development of bio-inspired materials. COST Strategic workshop. Vienna. Austria, 13-15 April 2010.

  • G.B. Perea, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, G.V. Guinea, M. Elices. Efecto de la longitud de onda de la radiación de UV sobre la seda de araña. Conferencia Ibérica de Fractura e Integridad Estructural 2010. Porto. Portugal, 17-19 March 2010.

  • J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, J.M. Atienza, M. Elices, G.V. Guinea. Supercontraction stresses in spider silk fibers leads to self-tightening threads. 2nd China-Europe Symposium on Biomaterials in Regenerative Medicine. Barcelona, Spain. 17-20 November 2009. (Poster)

  • J. Pérez-Rigueiro, L. Biancotto, M. Elices, G.R. Plaza, G.V. Guinea. Spider Silk as an inspiration for Biomimicking. 11th International Conference on Non-contact Atomic Force Microscopy: NCAFM-2008. Madrid. Spain, 16-19 September 2008. (Poster)

  • M. Elices, J. Pérez-Rigueiro, G.R. Plaza, G.V. Guinea, P. Corsini, E. Marsano. Spider Silk as an inspiration for Biomimicking. Third International Conference Smart Materials, Structures & Systems (CIMTEC 2008). Acireale, Sicily. Italy, June 2008 (Invited lecture). Published is: Advances in Science and Technology. 58, pp. 1-9. 2008.

  • G.R. Plaza, A. Musa, J. Pérez-Rigueiro, A. Pons, G.B. Perea, M. Elices, G.V. Guinea. Comparación de la resistencia macánica y disipación de energía de la seda de seguridad y seda vísacida de araña. XXV Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Sigüenza 2008.

  • G.R. Plaza, J. Pérez Rigueiro, M. Elices, y Guinea, G. V. Spider and silkworm silk: From the nanometer scale to the macroscopic properties. 4th World Congress on Biomimetics, Artificial Muscles and Nano-Bio, Cartagena 2007.

  • G.R. Plaza, P. Corsini, J. Pérez Rigueiro, M. Elices, E. Marsano, y Guinea, G. V. Fractura de fibras de seda regeneradas. XXIV Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Burgos 2007.

  • Pérez Rigueiro, Elices, M., J. Plaza, G.R., y Guinea, G. V. El efecto de la irradiación ultravioleta sobre la seda de araña. XXIII Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Albarracín 2006.

  • Plaza, G.R., Pons, A., Elices, M., Pérez Rigueiro, J.,  Guinea, G. V. Absorción, disipación de energía mecánica y rotura de seda víscida de araña. XXII Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Almagro 2005.

  • Plaza, G.R, Guinea, G. V., Pérez Rigueiro, J. y Elices, M. Tensiones de contracción inducidas en las fibras de seda de araña por absorción de agua. XX Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Benicassim 2003.

  • Pérez Rigueiro, J., Elices, M., Antón, J. y Guinea, G. V. Resistencia mecánica de la seda de araña Argiope lobata obtenida mediante hilado forzoso. Congreso anual del Grupo Español de Fractura, Benicassim 2003.

  • Rueda , J., Pérez Rigueiro, J., Guinea, G. V. y Elices, M. Influencia de la radiación ultravioleta en el comportamiento a fractura del hilo de araña. Congreso anual del Grupo Español de Fractura, 2002.

  • J. Pérez-Rigueiro, M. Elices, J. Llorca, C. Viney. Influence of water on the mechanical properties of Bombyx mori and Attacus atlas silk.ESF Workshop on silk. Como (Italia), octubre de 2001.

  • P. Poza, J. Pérez-Rigueiro, M. Elices, J. Llorca. Comparative Fractographic analysis of silkworm and spider silk. High performance fibres. Mallorca (España), octubre de 2000.

  • J. Pérez-Rigueiro, M. Elices, F. Agulló-Rueda, J. Llorca, C. Viney. Comparative Study of forcibly silked and conventionally reeled silkworm silk. Workshop on silk and other fibrous materials. Obernai (Francia), octubre de 2000.

  • J. Pérez-Rigueiro, M. Elices, C. Viney, J. Llorca. Tensile properties of silkworm silk obtained by forced silking. Polymer Fibres 2000. Manchester (Gran Bretaña), julio de 2000.

  • J. Pérez-Rigueiro, C. Viney, J. LLorca, M. Elices. Dealing with the variability of the mechanical properties of silk. Materials Congress 2000. Cirencester (Gran Bretaña), abril de 2000.

 

Enlaces

Última actualización: 30/03/2014 | Contacto | Departamento de Ciencia de Materiales