Bioengenheiros desenvolvem teia de aranha

Avanço pode levar a têxteis inteligentes energeticamente eficientes e de baixo custo

Jun Chen/UCLA

Uma ilustração mostrando um processo inspirado em teias de aranha para produzir fibras condutoras

31 de maio de 2023

Usando um novo processo que imita como as aranhas tecem a seda, uma equipe de bioengenheiros multiinstitucionais liderada pela UCLA desenvolveu um processo simples para produzir fibras macias e eletricamente condutoras à temperatura ambiente e à pressão atmosférica.

Em um estudo publicadocomo matéria de capa na Nature Electronics , os pesquisadores demonstraram sua técnica com uma luva sensora e uma máscara facial inteligente feita com tecidos elásticos e duráveis. A luva pode detectar temperaturas e movimentos das mãos para que o usuário jogue um jogo de computador “pedra-papel-tesoura”, enquanto a máscara é capaz de monitorar os padrões respiratórios do indivíduo.

Os métodos existentes para produzir fibras eletricamente condutoras são caros e complexos, exigindo altas temperaturas, consumo de energia, volumes de solventes e equipamento especializado para fiação de fibras.

“Queríamos desenvolver um processo de fabricação altamente eficiente e econômico para fibras eletricamente condutivas que pudesse ser muito mais fácil de implementar, refletindo processos de última geração que produzem folhas 2D e objetos 3D condutivos”, disse o co-autor correspondente. Jun Chen, professor assistente de bioengenharia na Escola de Engenharia Samueli da UCLA. “Com esta nova abordagem, podemos criar fibras macias condutoras com alta eficiência a baixo custo.”

As fibras são feitas de poliacrilonitrila – um tipo de polímero sintético – e íons de prata, que conferem às fibras suas propriedades eletricamente condutoras. Os ingredientes combinados são então dissolvidos em dimetilformamida, ou DMF, um solvente comum usado na produção de fibras sintéticas.

“Queríamos desenvolver um processo de fabricação altamente eficiente e econômico para fibras eletricamente condutivas que pudesse ser muito mais fácil de implementar, refletindo processos de última geração que produzem folhas 2D e objetos 3D condutivos”, disse o co-autor correspondente. Jun Chen.

Para ajudar o vapor de água do ar circundante a extrair o solvente líquido, a solução é girada em uma placa giratória, criando uma rede de moléculas de poliacrilonitrila e íons de prata, apelidada de PANSIon pelos pesquisadores. Fibras elásticas e independentes de PANSion podem então ser extraídas da placa em menos de um minuto. Essa ação é semelhante à maneira como as aranhas fazem teias, transformando proteínas líquidas em fios de seda. As fibras resultantes são semelhantes à borracha em termos de elasticidade e são tão fortes quanto a fibra de algodão.

Segundo os pesquisadores, suas fibras oferecem forte condutividade elétrica que pode detectar respiração, temperatura e tato. Quando usadas em têxteis inteligentes, as fibras podem ter aplicações energéticas, sensoriais e terapêuticas, como uma máscara cirúrgica que monitora a respiração durante a noite para alguém com apneia do sono.

O primeiro autor da pesquisa é Songlin Zhang, ex-bolsista de pós-doutorado emGrupo de Pesquisa em Bioeletrônica Vestível de Chen na UCLAque agora está na Universidade Nacional de Cingapura.

Outros autores da UCLA são Yihao Zhou, Alberto Libanori e Xun Zhao – todos atuais e ex-membros do grupo de pesquisa de Chen. Autores adicionais são da Universidade Nacional de Cingapura, bem como da Universidade de Nanjing e da Universidade de Jilin na China. A pesquisa foi apoiada por financiamento inicial da UCLA Samueli, uma bolsa de pesquisa Hellman Fellows, um prêmio de pesquisa do programa de recursos pandêmicos da UCLA e uma bolsa de recuperação de pesquisa do Senado Acadêmico da UCLA. Apoio adicional veio da Brain & Behavior Research Foundation e do West Coast Consortium for Technology & Innovation in Pediatrics no Children's Hospital Los Angeles.