Un material hi-tech care ar putea salva milioane de viei: mtasea natural

Lux, elegan costisitoare, fast... sunt termeni care, timp de mii de ani, au fost asociai cu mtasea. Azi, despre acelai material se vorbete n termeni precum performant, hi-tech, de viitor... Ce s-a schimbat? Faptul c mtasea, cndva o fibr destinat exclusiv fabricrii esturilor de lux, este azi (i) un material tehnic de prim importan, cruia i se descoper tot mai multe proprieti i utilizri surprinztoare n domenii avansate ale tehnologiei. Departe de a-i pierde nsemntatea, mtasea natural intr ntr-o nou faz a existenei ei istorice.Mtasea este fibra produs de larvele unor fluturi (de diferite specii), larve numite popularviermi de de mtase, din care aceste fiine i es coconul n care se va petrece trasformarea larvei n pup i apoi n adult. E un miracol al naturii aceast transformare, extraordinar de complex, n care corpul larvei se restructureaz radical, iar celulele se reasambleaz ntr-o form nou, cu totul deosebit de cea veche.Nu la toate speciile de fluturi larvele es un cocon n care s aib loc aceast uimitoare prefacere i nu la toate cele care es coconi fibra poate fi folosit de ctre om n scopuri practice, dar exist un mic numr de specii pe care omul le cunoate de mult vreme, specii de la care coconii pot fi obinui i utilizai cu uurin, iar fibra de mtase are caliti dintre cele mai interesante din punctul de vedere al oamenilor. Pe unele dintre aceste specii, omul le-a considerat aa de utili, nct a nceput s le creasc n propria gospodrie, pentru a controla producia de mtase. Iar dintre aceste specii, cea mai bine cunoscut i cea mai rspndit n cresctorii este fluturele de mtase al dudului -Bombyx mori. Aceast specie d mtasea cea mai fin, iar ntr-o vreme n care calitile estetice erau pe primul plan, frumuseea esturilor obinute din mtasea produs de viermii de mtase hrnii cu frunze de dud o aeza n fruntea tuturor tipurilor de mtase. Crescut de mii de ani, aceast specie de insect a devenit dependent de om, n-ar mai putea supravieui n slbticie, lipsit de condiiile pe care i le ofer omul. Pe ct de productivi, pe att de sensibili, viermii de mtase ai dudului au nevoie de ngrijiri constante pentru a supravieui i a ne da, n schimb, preioasa lor mtase.

Mtase este numit i fibra produs de pianjeni, cea din care i es plasele. Un material cu proprieti mecanice excepionale, mtasea de pianjen este i ea studiat de decenii, n sperana descifrrii secretelor care ar putea duce la re-crearea n laborator a unei fibre artificiale cu proprieti similare. Dar, n acest articol, ne vom concentra asupra celei mai cunoscute dintre mtsuri, cea mai intens investigat de oamenii de tiin, mtasea produs de omizile flutureluiBombyx mori. Mtasea produs de aceste larve este un material uimitor. Delicat i, n acelai timp durabil i rezistent, fibra de mtase i datoreaz calitile structurii sale spaiale. Firul produs de viermele de mtase este alctuit, de fapt, din dou fire, produse de cele dou glande sericigene ale omizii. n compoziia lui intr dou proteine:fibroina- care formeaz miezul fibrei - isericina, care nconjoar fibroina. Moleculele de proteine sunt alctuite din aminoacizi (aceasta constituie structura primar), cu o dispunere spaial specific (structura secundar). n cazul mtsii, lanurile de aminoacizi sunt unite ntre ele prin legturi de hidrogen, ntr-o configuraie numitstructur beta-pliat. Proprietile mecanice ale mtsii naturale sunt date tocmai de aceast structur secundar special.Dup mii de ani n care excepionalele ei proprieti au fost apreciate aproape exclusiv n contextul utilizrii ei n industria textil, mtasea a fost remarcat, n ultimii ani, de ctre cercettorii din diverse domenii ale tiinei i tehnologiei, care au studiat-o i i-au gsit numeroase ntrebuinri n domenii de vrf ale tiinei i tehnologiei.Optic, electronic, geneticLa universitatea Tufts din SUA, bunoar, doi specialiti n inginerie biomedical, Fiorenzo Omenetto i David Kaplan, i concentreaz de civa ani studile asupra mtsii i utilizrilor ei n domenii de grani, precum cel aflat la confluena dintre medicin i inginerie.ntr-un articol publicat recent nScience, cei doi afirm c mtasea ar putea avea n viitor ntrebuinri noi i surprinztoare: fibrele, peliculele, gelurile i materialele poroase obinute din mtase vor contribui la progresul n domenii ca fotonica i optica, nanotehnologia, electronica, fabricarea adezivilor, microdinamica fluidelor...De exemplu, ei au creat recent un dispozitiv optic capabil s difracte lumina, fcut din mtase pur. Dizolvnd mtasea ntr-o soluie special i turnnd-o ntr-o form cu un model n relief la scar nanometric, se obine, dup uscarea i cristalizarea soluiei, o pelicul cu o nanostructur aparte pe suprafa, reprezentnd o component optic att de subire nct poate fi rulat - un pas important spre creararea unor dispozitive optice flexibile, uoare i rezistente. Cu ajutorul acestor materaile cu suprafaa nanostructurat - denumitemetamateriale- pot fi manipulate lumina i alte radiaii electromagnetice n moduri noi, inexistente n natur.Datorit faptului c mtasea natural este biocompatibil, putnd fi introdus n organismul uman fr a fi respins de acesta, ei ntrevd posibilitatea folosirii unor materiale pe baz de mtase pentru tot felul de aplicaii interesante: obinerea de oase i ligamente pentru repararea unor leziuni ale scheletului fabricarea unor senzori comestibili care, ataai alimentelor, s avertizeze consumatorii asupra pericolului unei eventuale contaminri cu bacterii crearea unor dispozitive optice care vor putea fi implantate n corp, n vederea diagnosticrii i tratrii unor maladii.Netoxic i degradabil, mtasea ar putea fi aadar un material de excepie pentru crearea unor dispozitive optice sau electronice ce pot fi integrate cu succes n organismele vii. Iar pentru c obinerea unor astfel de dispozitive din mtase - spre deosebire de fabricarea lor din plastic sau sticl - se face la temperaturi obinuite i implic procese pe baz de ap, aceste piese ar avea i un impact ambiental sczut.Cei doi cercettori recunosc c, deocamdat, replicarea n laborator a structurii mtsii este foarte dicil. Fibra de mtase rmne o creaie de vrf a naturii, iar sinteza ei n laborator ei implic chimia, biologia molecular i biofizica la un nivel la care tehnologia uman nc este mult n urma performanelor atinse de viermele de mtase prin evoluie. Nimeni nu a reuit pn acum s obin pe cale artificial, n laborator, o fibr de mtase cu caliti identice celor ale fibrei toarse de omida aceea alburie, cu nfiare att de umil.

Aa c, pn una-alta, se folosete tot mtasea natural, oamenii de tiin concentrndu-se asupra unor metode de a procesa acest produs astfel nct s obin din el o varietate de materiale cu utilizri dintre cele mai diverse. Din fericire, viermii de mtase sunt relativ uor de crescut, astfel nct mtasea produs de ei este disponibil n cantiti mari. (Nu acelai lucru se poate spune despre pianjeni, ns; acetia sunt carnivori, ba chiar canibali - adic se mnnc ntre ei - motiv pentru care nu pot fi crescui la grmad, ca viermii de mtase, pentru a obine o producie mare i constant de fibr.)Un domeniu aparte al studiilor asupra mtsii l constituie modificarea genetic a unor organisme, astfel nct acestea s produc mtase. Genele implicate n procesul de producere a mtsii, extrase de la viermele de mtase i de la pianjeni, au fost implantate n genomul altor vieuitoare - bacteriaE. coli, ciuperci, plante i chiar animale - n sperana de a obine cantiti mari din aceste materiale. Unele dintre aceste ncercri au reuit doar parial, n sensul c se poate obine proteina care intr n alctuirea fibrei, dar nu i structura secundar, modul n care sunt aranjate moleculele de proteine n fibr pentru a-i conferi acesteia excepionalele ei nsuiri.Medicamente ntr-un nveli de mtaseLa Institutul de Tehnologie din Georgia i, ulterior, la Universitatea din Alabama, cercettoarea Eugenia Kharlampieva a ntreprins de asemenea cercetri legate de utilizarea mtsii n medicin. Depunnd nanoparticule de argint pe fibra de mtase, cercettoarea urmrete sporirea rezistenei acesteia, nsuire necesar pentru utilizarea ei n anumite aplicaii. Rezult astfel un material nanocompozit multistratificat, flexibil, dar mai rezistent din punct de vedere mecanic. Pelicula astfel obinut poate fi folosit pentru a fabrica din ea micro-capsule care s nglobeze o cantitate mic de medicament; asemenea capsule ar putea fi la fel de mici ca i globulele sngelui i ar elibera treptat medicamentul coninut direct n fluxul sangvin.O alt aplicaie recent a proprietilor proteinei din mtase va permitepstrarea medicamentelor i a vaccinurilor n medii calde, fr a se altera. Conservarea acestor produse n timpul transportului i depozitrii lor, mai ales n rile cu clim cald, este o problem dificil, deoarece multe (mai ales vaccinurile) sunt sensibile la cldur. n cursul transportului, ele trebuie mutate dintr-un frigider n altul i trebuie, de asemenea, pstrate la rece n timpul depozitrii. Dar, n multe dintre rile srace, accesul la un frigider i la energia electric necesar nu este ntotdeauna la ndemn. Din aceste cauze, Organizaia Mondial a Sntii estimeaz c aproape jumtate dintre vaccinurile produse se stric i nu mai pot fi folosite - o pierdere uria, nu numai economic, ci i din perspectiv umanitar, avnd n vedere c de muli omani au nevoie de acele vaccinuri i cte viei ar putea fi salvate cu ajutorul lor.

Aceiai doi vrjitori ai mtsii, Fiorenzo Omenetto i David Kaplan, au pus la punct o metod de conservare a vaccinurilor, care le va prelungi considerabil durata de valabilitate, ferindu-le de aciunea distructiv a cldurii. Ei au gsit o metod de a mpacheta vaccinurile sensibile n ambalaje realizate dintr-o protein extras din mtase, izolndu-le astfel de mediul ambiant prea cald.Au pornit de la coconi de vieme de mtase, pe care i-au fiert ntr-o soluie de carbonat de sodiu, procedeu prin care se separ fibroina de sericin. Au izolat apoi fibroina, pe care au tratat-o cu sare, au amestecat-o cu substana care urma s fie conservat (vaccinul sau medicament) i au ntins amestecul ntr-un strat subire, pe care l-au liofilizat (deshidratat la temperaturi sub 0).Rezultatul a fost o pelicul ce coninea o matrice de fibroin plin de mici buzunare - cu diametrul de doar cteva sute de nanometri - n care se afla medicamentul/vaccinul. Pentru a putea fi administrat n injecii, e necesar doar dizolvarea lui n ap.Ambalarea produselor medicamentoase sensibile n acest mod le conserv cu succes, deoarece elimin aproape complet umiditatea i imobilizeaz moleculele substanei, mpiedicndu-le s-i schimbe structura spaial i s-i piard asfel proprietile.Inventatorii au testat eficiena procedeului pe vaccinul MMR (mpotriva pojarului, a oreionului i a rubeolei). Conservat n acest fel, vaccinul i pstreaz puterea de aciune n proporie de 85% dup 6 luni, chiar dac temperatura ambiant atinge 45 grade Celsius. Rezultate asemntoare au fost obinute cu antibiotice precum tetraciclina i penicilina.Procedeul urmeaz s fie aplicat comercial de o companie numit Vaxess Technologies, nfiinat de studeni de la Universitatea Harvard i care a ctigat recent o competiie n urma creia va primi 70.000 USD, pentru a finana reeaua de comercializare a acestei noi tehnologii.Mtasea are, aadar, perspective frumoase, chiar i n era plasticului. Chiar dac, n industria textil, a fost oarecum scoas din joc de apariia fibrelor sintetice, i-a gsit un nou i vast teren de aplicare n cercetare, n variate domenii: optic, electronic, medicin... Un fir nentrerupt leag prin timp vechea ndeletnicire rural a creterii viermilor de mtase, industria textil a esturilor somptuoase i laboratoarele moderne de cercetri avansate, unde se studiaz la microscop viitorul mtsii.

Studiul IndividualTema: Intrebuintarile nemaipomenite ale matasei.

A efectuat: GOREA CATALINAA verificat: SINCHETRU OLESEAGrupa: MTT-121

Colegiul Tehnologic Chisinau Nota:____________Semnatura:____________