آیا تار عنکبوت واقعا پنج برابر مقاوم‌تر از فولاد است؟

پژوهشگران راز مقاومت شگفت‌انگیز تارهای عنکبوت‌ قهوه‌‌ای را در توانایی این مخلوقات کوچک در تولید نانورشته‌‌های شگفت‌‌انگیز می‌‌دانند.

کد خبر: ۲۴۲۵۴۴

تاریخ: ۲۲ آذر ۱۳۹۷ - ۰۲:۲۰

تار عنکبوت به‌عنوان یکی از مستحکم‌ترین مواد طبیعی موجود شناخته می‌شود؛ اما اکنون دانشمندان به درک بهتری درباره‌‌ی علت استحکام این ماده دست یافته‌‌اند. همان‌‌گونه که ضرب‌‌المثل قدیمی می‌‌گوید: «قدرت در تعداد است.»

بررسی تارهای یک نوع عنکبوت قهوه‌‌ای با نام Loxosceles reclusa زیر یک میکروسکوپ اتمی نشان می‌‌دهد که هر رشته از این تارها از هزاران نانو‌‌رشته یا نانوفیبریل تشکیل شده‌ است که به‌موازات یکدیگر قرار گرفته‌‌اند. پژوهشگران امیدوارند که این کشف به ما کمک کند تا بتوانیم مواد فوق‌‌مقاوم جدیدی را تولید کنیم.

دانشمندان کالج ویلیام‌‌و‌‌مری در ویرجینیا می‌گویند که هر یک از این نانو‌‌رشته‌‌های نازک که از پروتئین ساخته شده‌‌اند، کم‌تر از یک‌‌میلیونم اینچ قطر دارند که صدها هزار بار نازک‌تر از ضخامت یک تار موی انسان است. هانس اشنیپ، یکی از اعضای تیم پژوهشی می‌گوید:

ما انتظار داشتیم که ابریشم عنکبوت یک جرم یکپارچه باشد؛ اما آنچه دریافتیم این بود که این ماده در واقع نوعی ریسمان ظریف است.

البته این ایده که ابریشم عنکبوت از نانورشته‌‌ها ساخته شده، قبلاً هم مطرح شده بود؛ اما این اولین باری است که دانشمندان توانسته‌اند از نزدیک ساختار این مواد را ببینند. علت اینکه پژوهشگران این نوع عنکبوت را برای مطالعه انتخاب کردند، این است که تارهای این عنکبوت برخلاف دیگر هم‌‌نوعانشان دارای ساختاری مسطح است و نه استوانه‌‌ای.

طول هر نانورشته حداقل ۵۰ برابر عرض آن است. زمانی که شما با تکنیک ریسندگی ویژه‌ای که سال گذشته توسط همین تیم کشف شد، اقدام به بافتن این ابریشم می‌‌کنید، به یک ماده‌‌ی بسیار مقاوم دست خواهید یافت که تحمل وزنی آن پنج برابر بیشتر از فولاد است.

اشنیپ می‌گوید:

ما بر این باوریم که راز مقاومت تارهای عنکبوت قهو‌‌ه‌‌ای، از همین نانوفیبریل‌‌های درون آن نشأت می‌‌گیرد.

دانشمندان می‌‌گویند که تار تنیده‌‌شده توسط انواع دیگر عنکبوت‌‌ها چنین ساختاری ندارد. این نوع تار، مخصوص عنکبوت‌‌هایی است که طعمه‌‌هایی در نزدیکی سطح زمین را شکار می‌کنند و با اینکه ارتباط بین این نانورشته‌‌های مستقل بسیار ضعیف بوده؛ اما استقامت آن‌‌ها به‌‌صورت جمعی بسیار زیاد است.

این تیم توانست یک مدل ساختاری را بر مبنای این یافته‌ها ایجاد کند که نهایتاً ممکن است در تولید موادی جدید با خواصی مشابه با تارهای بلند، ظریف و صاف این عنکبو‌‌ت‌‌ها مورد استفاده واقع شود.

پژوهش‌‌های زیادی درزمینه‌‌ی ساخت تارهای مصنوعی عنکبوت صورت گرفته تا بتوان از آن‌‌ها در کاربری‌‌هایی نظیر ساخت کلاه‌های ایمنی دوچرخه تا کمک به التیام زخم‌ها استفاده کرد. امید است که نتایج آخرین پژوهش‌‌های انجام‌‌شده در مقیاس نانو، در آینده مفید واقع شود.

موهان سرینیواسارو از بنیاد ملی علوم که به تأمین بودجه این پژوهش کمک کرده است، می‌گوید:

نتایج گزارش‌شده، یک سرنخ جالب از ترفندهای خارق‌‌العاده‌‌ای است که طبیعت در تولید مواد شگفت‌انگیز به‌کار می‌‌گیرد.

درک ویژگی‌های تار عنکبوت‌‌های قهوه‌‌ای در سطح مولکولی نه‌‌تنها بینش‌ ما را درمورد یکی از مقاوم‌‌ترین مواد موجود در طبیعت افزایش می‌‌دهد؛ بلکه ممکن است راهی را برای طراحی مواد مصنوعی دیگر پیش روی ما قرار دهد.

این پژوهش در یکی از مقالات ACS Macro به چاپ رسیده است.