الیاف ابریشمی هوشمند با قدرت برداشت ۸۰ برابری وزن؛ الهام از مرد عنکبوتی

الیاف ابریشمی هوشمند با قدرت برداشت ۸۰ برابری وزن؛ الهام از مرد عنکبوتی, پژوهشگران آزمایشگاه ابریشم دانشگاه تافتس آمریکا موفق به توسعه فناوری نوینی شدهاند که در آن یک مایع پروتئینی بلافاصله به تارهای چسبان و مقاوم تبدیل میشود. این ابتکار که الهامگرفته از قابلیتهای تخیلی مرد عنکبوتی است، مرزهای علم و خیال را به هم متصل کرده و امکانات تازهای در علوم مواد فراهم آورده است.

مکانیزم عملکرد از مایع به جامد در کسری از ثانیه فرآیند ساخت این الیاف با استخراج پروتئین فیبروین از پیلههای کرم ابریشم آغاز میشود. محققان این پروتئین را در محلول مایع قرار داده و از طریق سوزنی نازک پرتاب میکنند. کلید این فناوری در افزودن دوپامین به ترکیب است که باعث میشود مایع در تماس با هوا تقریباً لحظهای جامد شده و به هیدروژل چسبانی تبدیل گردد.

تقویت این ساختار با مواد پرکنندهای چون کیتوسان یا حائل بورات، مقاومت کششی و انعطافپذیری نهایی را تضمین میکند. چرا کرم ابریشم به جای عنکبوت؟ انتخاب کرم ابریشم به عنوان منبع اولیه، تصمیم استراتژیک محققان بوده است. اگرچه تار عنکبوت مقاومت مکانیکی فوقالعادهای دارد، اما تولید انبوه و کنترل شده آن چالشبرانگیز است.

ابریشم کرم ویژگیهای ساختاری مشابهی با تار عنکبوت دارد، در حالی که مواد خام آن در دسترس، ارزان و قابل مقیاسسازی برای کاربردهای صنعتی است. قدرت شگفتانگیز برداشت بار در تستهای آزمایشگاهی، این تارهای مصنوعی توانستند اجسامی با وزنی تا ۸۰ برابر وزن خود را از فاصله ۱۲ سانتیمتری جذب و بلند کنند. نمونههای تست شامل پیله فلزی، میخ فولادی، لوله آزمایشگاهی معلق در آب، چاقوی جراحی و تکه چوب بودهاند.

این عملکرد نشاندهنده چسبندگی قوی و استحکام مکانیکی بالا در مقیاس میکرو و ماکرو است. افاق کاربردها و گامهای آینده تیم پژوهشی کاربردهای گستردهای برای این فناوری پیشبینی میکند؛ از جمله مهندسی بافتهای زیستی، سیستمهای هدفمند انتقال دارو، بیوسنسورها و چسبندههای پزشکی نسل جدید.

اگرچه مقاومت فعلی هنوز به سطح تارهای طبیعی عنکبوت (که تا هزار برابر مقاومترند) نرسیده، اما محققان بر روی بهینهسازی فرآیند و ارتقای کیفیت ماده تمرکز کردهاند. نتایج کامل این پژوهش در ژورنال پیشرفته منتشر شده است.