الیاف ابریشم مصنوعی با قدرت ۸۰ برابری وزن خود؛ الهام از مرد

الیاف ابریشم مصنوعی با قدرت ۸۰ برابری وزن خود؛ الهام از مرد عنکبوتی, پژوهشگران آزمایشگاه ابریشم در دانشگاه تافتس آمریکا موفق شدهاند فناوری تازهای را توسعه دهند که مرز بین تخیل و واقعیت را در علم مواد از بین میبرد. این تیم علمی یک سیستم تاراندازی نوین ساخته که در آن یک مایع پروتئینی از سوراخ سوزن خارج شده و در تماس با هوا تقریباً بلافاصله به یک الیاف جامد، چسبان و بسیار مقاوم تبدیل میشود.

مکانیزم عملکرد از کرم ابریشم تا تاراندازی لحظهای ماده اولیه این الیاف، پیلههای کرم ابریشم هستند که با جوشاندن در محلول به پروتئینهای فیبروین تجزیه میشوند. در روشهای سنتی، تبدیل این پروتئینها به هیدروژل ساعتها زمان میبرد، اما پژوهشگران با افزودن دوپامین به ترکیب، فرآیند جامد شدن را به طوری تسریع کردند که مایع در لحظه تماس با هوا سفت میشود.

تقویت این بافت با پرکنندههایی مانند کیتوسان یا حائل بورات، منجر به ایجاد یک الیاف هیدروژلی کشسان و چسبان با مقاومت کششی بالا گردید. قدرت شگفتانگیز در مقیاس آزمایشگاهی نتایج آزمایشات نشان میدهد که این تارهای مصنوعی میتوانند بارهایی تا ۸۰ برابر وزن خود را بلند کنند.

در نمایشهای عملی، تیم محققین با پرتاب یک تار منفرد، اجسام متنوعی از جمله یک پیله، یک میخ فولادی، لوله آزمایشگاهی معلق بر آب، چاقوی جراحی غوطهور در خاک و یک تکه چوب را از فاصله ۱۲ سانتیمتری جذب و بالا آوردند. این قابلیت نشاندهنده پتانسیل بالا برای کاربردهای مکانیکی است. چرا کرم ابریشم به جای عنکبوت؟ انتخاب کرم ابریشم به جای عنکبوت، تصمیم استراتژیک محققان بوده است.

اگرچه تار عنکبوت طبیعی مقاومت مکانیکی بسیار بالاتری دارد (نزدیک به هزار برابر این نمونه مصنوعی)، اما ابریشم کرم خصوصیات ساختاری مشابهی دارد در حالی که استخراج و پردازش مواد خام آن بسیار سادهتر، ارزانتر و مقیاسپذیرتر است. این ویژگیها مسیر تجاریسازی را هموار میسازد.

کاربردهای آینده و افق توسعه دانشمندان حوزههای گستردهای برای کاربرد این فناوری پیشبینی میکنند؛ از جمله مهندسی بافتهای زیستی، سیستمهای هدفمند انتقال دارو، بیوموادهای پیشرفته و چسبندههای نسل جدید. اگرچه در حال حاضر مقاومت این الیاف به سطح تارهای طبیعی عنکبوت نمیرسد، اما تیم تحقیق بر روی بهینهسازی فرمولاسیون و فرآیند تولید برای تقویت خواص مکانیکی تمرکز دارد. نتایج کامل این پژوهش در ژورنال پیشرفته منتشر شده است.