دانشمندان با الهام از تارهای مرد عنکبوتی، الیاف ابریشم مصنوعی جدیدی ساختهاند که بسیار قوی و انعطافپذیر است.
به گزارش تکناک، این الیاف ابریشم مصنوعی که با استفاده از فناوریهای پیشرفته مهندسی زیستی تولید شدهاند، قابلیت استفاده در کاربردهای مختلفی مانند: پزشکی، تولید لباسهای مقاوم و مواد صنعتی را دارند.
هدف این پروژه دستیابی به موادی است که نهتنها سبک و بادوام باشند، بلکه قابلیتهایی مشابه تارهای طبیعی عنکبوت را ارائه دهند.
تیمی از پژوهشگران آزمایشگاه Silklab دانشگاه تافتس، که هدف آنها بازتصور مواد طبیعی به عنوان «مواد زنده» است، اولین تکنولوژی تارزنی را ایجاد کردهاند که در آن یک ماده مایع از یک سوزن شلیک و بلافاصله جامد میشود و به اندازه کافی قوی است تا به اجسام چسبیده و آنها را بلند کند.
فیورنزو امنتو، یکی از محققان این مطالعه گفت: «به عنوان دانشمندان و مهندسان، ما در مرز بین تخیل و عمل حرکت میکنیم. ما میتوانیم از طبیعت و دنیای کمیک و علمی-تخیلی الهام بگیریم.
در این مورد، ما میخواستیم مواد ابریشمی خود را مهندسی معکوس کنیم تا به شکلی عمل کند که در ابتدا طبیعت آن را طراحی کرده است و نویسندگان داستانهای کمیکها آن را تصور کردهاند.»
فیبرهای چسبناک پژوهشگران از پیلههای کرم ابریشم به دست میآیند که در محلول جوشانده و به پروتئینهای سازنده به نام فیبروئین تجزیه شدهاند. محلول سپس میتواند از طریق سوزنهای باریک شلیک شود تا جریانی تشکیل دهد که به لطف افزودنیهای مناسب، وقتی در معرض هوا قرار میگیرد، جامد میشود.
چرا به جای عنکبوت در توسعه این الیاف از کرم ابریشم استفاده شد؟ ابریشم کرم ابریشم (Bombyx mori) خواصی مشابه با ابریشم عنکبوتها دارد اما با پیچیدگی ساختاری کمتر و مواد خامی که دستیافتنیتر هستند.
مانند هر اکتشاف الهام گرفته شده از کتابهای کمیک، محققان دریافتند که چگونه میتوان آنچه که تارهای عنکبوت در طبیعت ایجاد میکنند (سفتی، کشش و کیفیت چسبندگی) را به طور تصادفی تکرار کرد.
مارکو لو پرستی، نویسنده اصلی این مطالعه بیان کرد: «من روی پروژهای کار میکردم که از فیبروئین ابریشم برای ساخت چسبهای بسیار قوی بهره میگرفت و در حالی که شیشهآلات خود را با استون تمیز میکردم، متوجه شدم که مادهای شبیه به تار عنکبوت در ته شیشه تشکیل میشود.»
تیم تحقیقاتی متوجه شدند که وقتی محلول فیبروئین ابریشم در معرض حلالهای آلی مانند: اتانول یا استون قرار میگیرد، یک هیدروژل نیمهجامد تشکیل میشود، اما این فرایند چندین ساعت طول میکشد.
با وجود این اگر دوپامین اضافه شود، به سرعت جامد میشود. افزودن مواد پرکننده مانند: کیتوسان یا بافر بورات، فیبرهای هیدروژل چسبنده و کششی با استحکام کششی بالا ایجاد کرد.
در آزمایشها، فیبرهای «رشتهتار» استخراجشده توانستند بیش از ۸۰ برابر وزن خود را بلند کنند. پژوهشگران با موفقیت یک پیله، یک پیچ فولادی، یک لوله آزمایش شناور در آب، یک اسکالپل نیمهدفنشده در ماسه و یک بلوک چوبی را از فاصله حدود ۱۲ سانتیمتری توسط این رشتهتار بلند کردند.
پژوهشگران پیشبینی میکنند که فیبرهای الهامگرفته از مرد عنکبوتی میتوانند در مهندسی بافت، انتقال دارو، زیستمواد و چسبها کاربردهای گستردهای داشته باشند. در حالی که آنها به استحکام ابریشم طبیعی عنکبوت که حدود ۱۰۰۰ برابر قویتر است، نمیرسند، پژوهشگران قصد دارند به بهبود ماده چسبنده خود ادامه دهند.
این مطالعه در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.
