غزل ضیاری: عنکبوتها نه تنها تار می شوند بلکه در واقع آنها را می سازند. در حین قبیله ، آنها الیاف را بر روی سطح مولکولی کشیده اند ، پروتئین های آنها را شامل می شوند و پیوندهای دیگری را تشکیل می دهند که الیاف آنها را حیرت انگیز می کند.
دانشمندان اکنون راز را با استفاده از شبیه سازی های رایانه ای و آزمایشات آزمایشگاهی کشف کرده اند و این راه را برای تولید این الیاف از طریق مهندسی بیولوژیکی برای کاربردهای مختلف ، از درزهای پزشکی گرفته تا زره های قوی ، هموار کرده است.
الیاف را با کشش تقویت کنید
هنگامی که عنکبوت ها مبهم هستند ، از پاهای پشت خود استفاده کنید تا رشته ها را از اندامهای چرخان خود بیرون بکشید. این فرآیند کششی بیش از انتشار کابل ها است ، در حالی که در عین حال الیاف تقویت می شوند و در نهایت با دوام تر می شوند.
یک مطالعه در دانشگاه شمال غربی نشان می دهد که چگونه کشش چنین نقش مهمی است. محققان با شبیه سازی رایانه ای دریافتند که زنجیره های پروتئین آنها با کشش کابل های عنکبوت در یک جهت قرار دارند و پیوندهای مولکولی بیشتری بین آنها تشکیل شده است. این تغییرات الیاف را بسیار قوی تر و دشوارتر می کند.
مهندسی سخت
اعضای این تیم آزمایشات آزمایشگاهی متعددی را برای تأیید نتایج خود انجام دادند ، با TARS فنی ، که نتایج آن به دانشمندان کمک می کند ، با الهام از رشته های عنکبوتی برای مصارف مختلف ، از درزهای جراحی زیست تخریب پذیر گرفته تا زره پوش سخت بدن.
“محققان قبلاً می دانستند که کشیدن الیاف برای ساخت فیبر واقعاً قوی ضروری است.
عنکبوت ها: کارشناسی ارشد طبیعی طراحی
یعقوب گراهام یکی وی در مورد این مطالعه گفت: “عنکبوت ها روند طراحی را به طور طبیعی انجام می دهند.” آنها از پاهای پشت خود برای گرفتن الیاف استفاده می کنند و آنها را از غدد تاریک بیرون می کشند. این منجر به کشش فیبر به شکل شکل می شود و آن را بسیار قوی و الاستیک می کند. “ما دریافتیم که با تغییر کشش ، خواص مکانیکی فیبر به راحتی قابل تغییر است.”
محققان به دلیل خاصیت قابل توجه براکت ها به مدت طولانی به این موضوع علاقه مند شده اند: بیش از فولاد و سخت تر از کولار ، به عنوان دسترسی. از آنجا که پرورش عنکبوت گران است ، پرانرژی و دستیابی به آن دشوار است ، دانشمندان سعی می کنند این کابل های ابریشمی را در محیط های آزمایشگاهی بازتولید کنند.
“هدف قوی ترین فیبر ارگانیک است و این مزیت را دارد که قابل تجزیه است. بنابراین ، این یک ماده ایده آل برای کاربردهای پزشکی است که می تواند برای بستن زخم برای درزهای جراحی و ژل های چسب استفاده شود.
فوجونگ ژانگ ، کارمند تحقیقاتی و استاد فرانسیس اف. امامان در دانشگاه واشنگتن ، چندین سال مواد با استعداد میکروب های فنی. اعضای این تیم با کشیدن پروتئین های فنی و سپس کشش دست خود ، نوعی فیبر مصنوعی را شبیه به الیاف یک عنکبوت بزرگ با الیاف بسیار قوی ساختند.
شبیه سازی کشش: علم پشت قدرت
محققانی که قادر به کشف فرمول تولید شبکه عنکبوت بودند ، هنوز به طور کامل درک نکرده اند که چگونه فرآیند چرخش ساختار و قدرت الیاف را تغییر می دهد. به منظور یافتن پاسخ به این سؤال ، کاتون و گراهام یک مدل رایانه ای برای شبیه سازی دینامیک مولکولی در الیاف مصنوعی تولید شده توسط ژانگ ایجاد کرده اند.
از طریق این شبیه سازی ها ، اعضای تیم بررسی کردند که چگونه کشش پروتئین ها در الیاف تأثیر می گذارد و می بینند که چگونه کشش پروتئین ، اتصال پروتئین به یکدیگر و حرکت مولکول ها در الیاف تغییر می کند.
سرانجام ، آنها دریافتند که این کشش پروتئین ها را در هم تنیده و قدرت کل فیبر را افزایش می دهد ، در حالی که مسیرها با کشش تعداد پیوندهای هیدروژن که بین زنجیره های پروتئین برای پایه های آموزشی کار می کنند ، عمل می کنند. آنها همچنین دریافتند که افزایش پیوندهای هیدروژن به استحکام ، سختی و کل کشش فیبر کمک می کند.
گراهام گفت: “هنگامی که یک فیبر کشیده می شود ، خصوصیات مکانیکی آنها بسیار ضعیف است ؛” اما اگر تا شش برابر طول اولیه خود کشیده شود ، بسیار قوی خواهد بود. “
از تئوری به واقعیت: تست های فیبر
به منظور تأیید نتایج حسابی خود ، اعضای تیم از تکنیک های طیف سنجی استفاده کردند تا بررسی کنند که چگونه زنجیره های پروتئین در الیاف واقعی ترسیم شده و اختلال می کنند و مزه می کنند تا آزمایش کنند که چگونه الیاف قبل از پاره شدن کشیده شده است. نتایج تجربی پیش بینی های شبیه سازی را برآورده می کند.
“اگر شما مواد را کشیده اید ، پروتئین های کروی دارید.
گراهام پیش از این تصور کرده بود که عنکبوت ها فقط یک زندگی هستند ، اما اکنون او پتانسیل این حیوانات کوچک را برای حل مشکلات واقعی تشخیص داده است. وی توضیح داد: “ترس فنی جایگزینی قوی تر و زیست تخریب پذیر برای سایر مواد مصنوعی ، عمدتاً از پلاستیک های مشتق شده از روغن است. از این پس من به عنکبوت ها با نمای جدید نگاه می کنم.
منبع: روزمره
۲۲۷۲۲۷