آریا جوان

آخرين مطالب

گوناگون/ تارعنکبوت، قوی‌تر از فولاد، سخت‌تر از کولار دانش

گوناگون/ تارعنکبوت، قوی‌تر از فولاد، سخت‌تر از کولار
  بزرگنمايي:

آریا جوان - خبرآنلاین / محققان قبلاً می‌دانستند که کشیدن تارها برای ساخت الیافی واقعاً قوی ضروری است؛ اما کسی چرایی آن را نمی‌دانست. ما با روش محاسباتی‌مان، توانستیم آنچه در مقیاس نانو اتفاق می‌افتد را بررسی کنیم و به بینش‌هایی دست‌یابیم که به‌طور تجربی قابل‌مشاهده نیستند
عنکبوت‌ها فقط تار نمی‌تنند، بلکه در حقیقت آن‌ها را مهندسی می‌کنند. آن‌ها در حین تنیدن تار، با کشش تارها به تقویت این الیاف در سطح مولکولی پرداخته، پروتئین‌هایش را هم‌تراز می‌کنند و پیوندهایی اضافی تشکیل می‌دهند که باعث دوام حیرت‌انگیز تارهایشان می‌شود.
حالا دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی‌های محاسباتی و تست‌های آزمایشگاهی این راز را کشف کرده‌اند و همین، راه را برای تولید این تارها از طریق مهندسی زیستی برای کاربردهای متفاوتی از بخیه‌های پزشکی گرفته تا زره‌های قوی بدن هموار کرده است.
تقویت تارها با کشش
هنگامی‌که عنکبوت‌ها تار می‌تنند، از پاهای عقبشان برای بیرون کشیدن این تارها از اندام تار ریسی خود استفاده می‌کنند. این عمل کشش، چیزی فراتر از آزادسازی تارهاست و درعین‌حال باعث تقویت الیاف و درنهایت بادوام‌تر شدن آن‌ها می‌شود.

آریا جوان

مطالعه انجام‌شده در دانشگاه نورث وسترن نشان می‌دهد که حرکات کششی چگونه چنین نقش مهمی را ایفا می‌کنند. محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری دریافتند که با کشش تارهای عنکبوت، زنجیره‌های پروتئینی آن‌ها در یک راستا قرار می‌گیرند و پیوندهای مولکولی بیشتری بین آن‌ها شکل می‌گیرد. این تغییرات الیاف را به‌طور قابل‌توجهی قوی‌تر و سخت‌تر می‌کند.
مهندسی سخت و تارهای همه‌کاره
اعضای این تیم برای تأیید یافته‌هایشان، با استفاده از تارعنکبوت مهندسی‌شده، تست‌های آزمایشگاهی متعددی انجام دادند که نتایج آن‌ها به دانشمندان کمک می‌کند تا مواد پیشرفته‌ای با الهام گرفتن از تارهای عنکبوت برای مصارف مختلفی، از بخیه‌های جراحی زیست‌تخریب‌پذیر گرفته تا زره‌های بدن فوق‌العاده سخت، تولید کنند.
سینان کتن، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «محققان قبلاً می‌دانستند که کشیدن تارها برای ساخت الیافی واقعاً قوی ضروری است؛ اما کسی چرایی آن را نمی‌دانست. ما با روش محاسباتی‌مان، توانستیم آنچه در مقیاس نانو اتفاق می‌افتد را بررسی کنیم و به بینش‌هایی دست‌یابیم که به‌طور تجربی قابل‌مشاهده نیستند. حالا می‌توانیم بررسی کنیم که طراحی چگونه با خواص مکانیکی ابریشم ارتباط دارد.»
عنکبوت‌ها: استادان طبیعی طراحی تار
جاکوب گراهام یکی از نویسنده‌های این مطالعه گفت: «عنکبوت‌ها فرآیند طراحی را به‌طور طبیعی انجام می‌دهند. آن‌ها از پاهای عقبشان برای گرفتن الیاف و بیرون کشیدن آن از غدد تار استفاده می‌کنند. همین باعث کشش فیبر در هنگام تشکیل می‌شود و آن را بسیار قوی و الاستیک می‌کند. ما دریافتیم که می‌توان خواص مکانیکی فیبر را به‌سادگی از طریق تغییر میزان کشش تغییر داد.»
مدت‌هاست که محققان به دلیل خواص قابل‌توجه تارعنکبوت‌ها، به آن علاقه‌مند بوده‌اند: تارهایی قوی‌تر از فولاد و سخت‌تر از کولار که مثل لاستیک کششی است؛ اما ازآنجاکه پرورش عنکبوت برای دستیابی به تار طبیعی آن‌ها گران، انرژی‌بر و دشوار است، دانشمندان به دنبال بازآفرینی این تارهای ابریشم مانند در محیط‌های آزمایشگاهی هستند.

آریا جوان

گراهام دراین‌باره گفت: «تارعنکبوت قوی‌ترین فیبر ارگانیک است و مزیت زیست‌تخریب‌پذیر بودن دارد؛ بنابراین ماده ایده‌آلی برای کاربردهای پزشکی است که می‌توان از آن برای بخیه‌های جراحی و ژل‌های چسبنده برای بستن زخم استفاده کرد؛ چون به‌صورت طبیعی و بی‌ضرر در بدن تخریب می‌شود.»
فوژونگ ژانگ، همکار پژوهش و پروفسور فرانسیس اف.آهمان در دانشگاه واشنگتن چند سالی است که برای تولید مواد تارعنکبوت، میکروب‌ها را مهندسی می‌کنند. اعضای این تیم با بیرون کشیدن پروتئین‌های مهندسی‌شده تارعنکبوت و سپس کشش آن‌ها با دست، نوعی الیاف مصنوعی شبیه به تارهای یک عنکبوت بزرگ با تار فوق‌العاده قوی ساختند.

آریا جوان


شبیه‌سازی میزان کشش: علم پشت قدرت
محققان باوجودی که توانستند تا فرمول تولید تار عنکبوت را کشف کنند، اما هنوز به‌طور کامل درک نکرده‌اند که چگونه فرآیند ریسندگی، ساختار و استحکام الیاف را تغییر می‌دهد. کتن و گراهام برای یافتن پاسخ این پرسش یک مدل محاسباتی را برای شبیه‌سازی دینامیک مولکولی در تارهای مصنوعی تولیدشده توسط ژانگ ایجاد کردند.
اعضای تیم از طریق این شبیه‌سازی‌ها، به بررسی این موضوع پرداختند که چگونه کشش بر آرایش پروتئین‌ها در الیاف تأثیر می‌گذارد و ببینند چگونه کشش ترتیب پروتئین‌ها، اتصال پروتئین‌ها به یکدیگر و حرکت مولکول‌ها در الیاف را تغییر می‌دهد.
آن‌ها درنهایت دریافتند که کشش باعث می‌شود پروتئین‌ها به هم ردیف شوند و همین قدرت کلی فیبر را افزایش می‌دهد و درعین‌حال با کشش، تعداد پیوندهای هیدروژنی که برای تشکیل فیبر، مثل پل بین زنجیره‌های پروتئینی عمل می‌کنند، افزایش می‌یابد. آن‌ها همچنین متوجه شدند که افزایش پیوندهای هیدروژنی به استحکام، چقرمگی و کشش کلی فیبر کمک خواهد کرد.
گراهام توضیح داد: «وقتی یک فیبر کشیده می‌شود، خواص مکانیکی‌اش بسیار ضعیف است؛ اما وقتی تا شش برابر طول اولیه‌اش کشیده شود، بسیار قوی خواهد شد.»

آریا جوان


از نظریه تا واقعیت: آزمایش الیاف
اعضای تیم برای تأیید یافته‌های محاسباتی‌شان، از تکنیک‌های طیف‌سنجی برای بررسی چگونگی کشیده شدن و هم‌تراز شدن زنجیره‌های پروتئینی در الیاف واقعی استفاده کردند و با آزمایش کشش بررسی کردند که الیاف قبل از پاره شدن تا چه میزان کشش را تحمل می‌کنند. نتایج تجربی با پیش‌بینی‌های شبیه‌سازی مطابقت داشت.
گراهام گفت: «اگر مواد را کشش ندهید، کره‌هایی کروی از پروتئین‌ها را دارید؛ اما کشش، این کره‌ها را بیشتر به یک شبکه به‌هم‌پیوسته تبدیل می‌کند. زنجیره‌های پروتئینی روی‌هم قرار می‌گیرند و شبکه بیشتر به هم متصل می‌شود. پروتئین‌های بسته‌بندی‌شده، پتانسیل بیشتری برای باز شدن و گسترش بیشتر قبل از شکستن فیبر دارند، اما پروتئین‌های توسعه‌یافته در ابتدا باعث ایجاد الیاف کمتری می‌شوند که به نیروی بیشتری برای شکستن نیاز دارند.»
گراهام قبلاً فکر می‌کرد عنکبوت‌ها فقط نوعی جاندار هستند ولی حالا به پتانسیل این جانوران کوچک برای کمک به حل مشکلات واقعی پی برده است. او دراین‌باره توضیح داد: «تارعنکبوت مهندسی‌شده، جایگزینی قوی‌تر و زیست تخریب پذیرتری برای سایر مواد مصنوعی است که عمدتاً پلاستیک‌های مشتق شده از نفت هستند. قطعاً از این به بعد با دید جدیدی به عنکبوت‌ها نگاه می‌کنم. قبلاً آن‌ها به چشم من، مزاحم بودند ولی حالا برایم منبعی جذابند.»
منبع: scitechdaily

لینک کوتاه:
https://www.aryajavan.ir/Fa/News/1470612/

نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield
مخاطبان عزیز به اطلاع می رساند: از این پس با های لایت کردن هر واژه ای در متن خبر می توانید از امکان جستجوی آن عبارت یا واژه در ویکی پدیا و نیز آرشیو این پایگاه بهره مند شوید. این امکان برای اولین بار در پایگاه های خبری - تحلیلی گروه رسانه ای آریا برای مخاطبان عزیز ارائه می شود. امیدواریم این تحول نو در جهت دانش افزایی خوانندگان مفید باشد.

ساير مطالب

هیجان برای GTA 6 به اوج رسید؛ راه‌اندازی سرور دیسکورد

فرار به سبک مرد عنکبوتی از دست ماموران پلیس!

باغ موزه نادری؛ شکوه تاریخ در آغوش طبیعت

واکنش نرگس محمدی به بازپخش سریال «ستایش»

صدای ناقوس مرگ در سینمای 1403؛ آه از آن رفتگان بی‌برگشت

تغییرات احتمالی در ترکیب تیم ملی امارات برای دیدار با ایران

ستاره فوتبال ساحلی ایران در بین برترین های آسیا

گزارش AFC از لژیونرهای فوتبال آسیا؛ طارمی تنها نماینده ایران

تغییر وزن حسن یزدانی و بازگشت کامران قاسمپور به وزن 86 کیلوگرم کشتی

اعزام ملی‌پوش دوومیدانی به مسابقات جهانی داخل سالن

هموطن کارتال بهترین مربی لیگ عربستان شد

مصدومیت 3 بازیکن آلومینیوم اراک به دلیل سفر با اتوبوس!

باقری‌نیا: فوتبال به دخالت افراد سیاسی نیاز ندارد

کارتال: پرسپولیس مسن‌ترین تیم لیگ است

برنامه و اسامی کشتی‌گیران در مسابقات قهرمانی آسیا مشخص شد

ادعاهای وزیر خارجه آمریکا درباره ایران

ضیافت افطار وزیر خارجه برای سفرا و نمایندگان کشورهای اسلامی مقیم تهران

پیام تسلیت رییس بنیاد شهید و امور ایثارگران در پی درگذشت پدر شهیدان والامقام «بخشی‌زاده»

«دیپ سیک» در دستگاه‌های وزارت بازرگانی آمریکا ممنوع شد

مهمترین چیزهایی که باید قبل از سفر به ژاپن بدانید به همراه چند قانون نانوشته؛ چرا ژاپنی‌ها انقدر با ادبند و کارها را به خوبی انجام می‌دهند؟

نیمی از دوستان شما هر 7 سال یک بار جایگزین می‌شوند

نمی فهمی چقدر سخته برای خوشبخت شدن منتظر مرگ یکی دیگه باشی

پایان 25 سال همکاری با نایکی؛ توپ‌های پوما در لیگ برتر!

ناراحتی مسی: می‌خواستم جلوی برزیل بازی کنم!

الاتحاد: امارات آماده چالش بزرگ برابر ایران

چراغپور: سطح دانش مربیان ما پایین است

تمام مانتوهای مجلسی نازنین بیاتی که شما هم می‌توانید الگو بگیرید

نیروی هوایی ارتش «شبح 3» را رونمایی کرد

تقویم تاریخ/ اجتماع جمعیت زیادی از مردم تهران در موافقت و مخالفت با جمهوری رضاخانی

جزئیاتی از آخرین جلسه هیئت عالی نظارت مجمع؛ از لایحه کاهش ساعت کاری اداری تا پالرمو و CFT

ناگفته‌های روحانی از میانجی‌گری مکرون و ماجرای درخواست‌های ترامپ برای ملاقات

نرم‌افزار ویرایش عکس گیمپ پس از 7 سال سرانجام آپدیت شد

آپدیت One UI 7 از 18 فروردین برای گوشی‌های سامسونگ منتشر می‌شود

کاربردی ترین ترفند با سکه

تفال/ به دام زلف تو دل مبتلای خویشتن است

باور‌های غلط در مورد نظافت خانه که باید کنار بگذارید

چهره ها/ عکس متفاوت بهتاش سریال پایتخت در تورنتو

ترفندهای کلیدی برای صرفه جویی در زمان خانه داری

ایکائو اعتراض ایران درباره هواپیمای اوکراینی را رد کرد

وزیر خارجه عراق: نتیجه نهایی 7 اکتبر یا به مذاکره ایران و آمریکا منجر می‌شود یا به ادامه جنگ

پلاژ دریاچه سد دز اندیمشک بعد از بارندگی‌های اسفند ماه رویایی شده است

ابهت جگوار زیبا

چالش خوردن روزه و برنده شدن آیفون!

آبشارهای یخی لرستان

وقتی کارت را خوب بلد باشی، بزرگی دشمنانت، برات فرصته!

حرم امیرالمؤمنین در نجف اشرف، بهشت روی زمین

پناهگاه ون گوگ در پروونس فرانسه

سه گام برای اصلاح خطاکاران از زبان حجت الاسلام رفیعی

مرا عاشق بخوان...

طبیعت فوق العاده زیبای نورآباد فارس