Az alázatos pók selyemének van néhány nagyon lenyűgöző tulajdonsága. Ez a természetben található egyik legszilárdabb anyag, erősebb az acélnál és keményebb, mint a Kevlar. A hossza többször meghosszabbítható, mielőtt eltörne. Ezen okok miatt a pók-selyem laboratóriumi szaporodása évtizedek óta kissé megszállottság az anyagtudósok körében.
kapcsolodo tartalom
- A csigafogak verik a Pók-selymet, mint a természet legerősebb anyagát
- Meg tudja állítani a Pók-selyem egy mozgó vonatot?
A Cambridge-i Egyetem kutatói most új anyagot hoztak létre, amely utánozza a pók selyemének erejét, nyújthatóságát és energiaelnyelő képességét. Ez az anyag lehetőséget kínál a bukósisak és az ejtőernyők, a golyóálló dzsekik és a repülőgépek szárnyai közötti termékek fejlesztésére. Talán leglenyűgözőbb tulajdonsága? Ez 98% víz.
„A pókok érdekes modellek, mivel képesek ezeknek a kiváló selyemszálaknak szobahőmérsékleten előállítani oldószerként víz felhasználásával” - mondja Darshil Shah, a Cambridge-i Természetes Anyagfejlesztési Központ mérnöke. "Ez a folyamat-pók több száz millió év alatt fejlődött ki, de eddig nem tudtuk lemásolni."
A laboratóriumi szálak egy hidrogélnek nevezett anyagból készülnek, amely 98% víz és 2% szilícium-dioxid és cellulóz, az utóbbi kettőt a cucurbituril tartja össze, ezek a molekulák „bilincsként” szolgálnak. A szilícium-dioxid és a cellulóz szálak húzhatók a hidrogélből. Kb. 30 másodperc múlva a víz elpárolog, így csak az erős, elasztikus szál marad hátra.
A szálak rendkívül erõsek - bár nem olyan erõsek, mint a legerõsebb pók-selymek -, és jelentõs, hogy szobahõmérsékleten kémiai oldószerek nélkül is elõállíthatók. Ez azt jelenti, hogy ha méretben előállíthatók, akkor előnyeik vannak más szintetikus szálakkal, például a nejlonval szemben, amelyeknél a fonáshoz rendkívül magas hőmérsékletet igényelnek, és így a textilgyártás a világ legszennyezettebb iparává vált. A műpók selyem szintén teljesen lebontható. Mivel közönséges, könnyen hozzáférhető anyagokból - elsősorban vízből, szilícium-dioxidból és cellulózból - készül, megfizethető áron rejlik.
Mivel az anyag olyan sok energiát képes felvenni, ezért potenciálisan védőszövetként is felhasználható.
„A pókoknak szükségük van erre az abszorpciós képességre, mert amikor egy madár vagy egy légy eléri a hálóját, képesnek kell lennie arra, hogy elnyelje azt, különben el fog törni” - mondja Shah. "Tehát olyan dolgok, mint a shrapnel ellenálló vagy más védő katonai ruházat, izgalmas alkalmazás lennének."
Egyéb lehetséges alkalmazások közé tartozik a vitorlaszövet, ejtőernyős szövet, hőlégballon anyag, valamint kerékpáros vagy gördeszka sisak. Az anyag biokompatibilis, ami azt jelenti, hogy az emberi testben felhasználható például öltésekhez.
A szálak számos érdekes módon is módosíthatók - mondja Shah. A cellulóz helyettesítése különféle polimerekkel a selymet teljesen más anyaggá változtathatja. Az alapvető módszert meg lehet ismételni sok hőszigetelő, nem vegyi anyagú oldószerhez szükséges változat előállítására.
"Általános módszer az összes szál előállítására, a [mesterséges] szál bármilyen formájú zöldellé tételére" - mondja Shah.
Shah és csapata messze nem az egyetlen tudós, aki a műpók-selyem létrehozásán dolgozik. A selyemhernyóktól eltérően, amelyeket tenyészthetnek selyemük miatt, a pók kannibálok, akik nem tolerálják a gazdálkodáshoz szükséges közeli területeket, így a laboratóriumba fordulás az egyetlen módja annak, hogy jelentős mennyiségű anyagot nyerjenek. Néhány évente címeket hoz a folyamat új behatolásairól. Egy német csapat módosította az E-coli baktériumokat, hogy pók-selyemmolekulákat állítsanak elő. Az Utah Állami Egyetem tudósai genetikailag módosított „pókkecskét” tenyésztették, hogy selyemfehérjéket termeljenek a tejükben. Az amerikai hadsereg teszteli a módosított selyemhernyókon keresztül előállított „sárkány selyem” golyóálló mellényben való felhasználását. Ez év elején a svédországi Karolinska Intézet kutatói újabb cikket publikáltak a baktériumok felhasználásával a pók-selyemfehérjék előállításához potenciálisan fenntartható, méretezhető módon. Idén tavasszal a kaliforniai startup Bolt Threads a SXSW fesztiválon debütált a biológiailag fejlett pók selyem nyakkendőkkel. Termékeiket élesztő-erjesztési folyamat útján állítják elő, amely selyemfehérjéket állít elő, amelyek ezt követően egy extrudálási folyamaton keresztül szálakká válnak. Elég ígéretes, hogy partnerséget teremtsünk a Patagonia kültéri gyártóval.
De ahogyan egy 2015-ös vezetékes történet rámutat: "eddig minden csoport, amely elég sok anyagot próbált előállítani ahhoz, hogy a tömegpiacra hozza, a kutatóktól az óriás vállalatokig, nagyjából megbukott."
Ez a kihívás Shah és csapata előtt áll.
"Jelenleg körülbelül néhány tucat milligrammnyi anyagot állítunk elő, majd szálakat húzunk belőlük" - mondja. "De meg akarjuk próbálni ezt sokkal nagyobb léptékben."
Ennek érdekében a csapat egy roboteszközön dolgozik, amely a korábbiakhoz képest gyorsabban és nagyobb léptékben húzza és centrifugálja a szálakat. Bizonyos sikereink vannak - mondja Shah -, és továbbra is felfedezik a folyamatot.
"Még mindig a kutatás korai szakaszában vagyunk" - mondja.
A csoport eredményeit nemrégiben közzétették a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban .
