Lepkavé hodvábne vlákna zdvihnú 80-násobok svojej hmotnosti
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 18. 10. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Je to ako z komiksu: dávka tekutého hodvábu rýchlo stvrdne na lepkavé, silné vlákno, ktoré dokáže zdvihnúť predmety až 80-krát ťažšie. Znie to povedome? Výskumníci opísali technológiu inšpirovanú Spider-Manom v novej štúdii.
Novovytvorený „pavučinový“ materiál urobí veľkú radosť mnohým ľuďom, ktorí čítajú komiksy. Spider-Man je oficiálne o krok bližšie k existencii v reálnom živote. V novej štúdii totiž tím výskumníkov zo Silklab na Tuftskej univerzite, ktorých cieľom je premeniť prírodné materiály na „živé materiály“, vytvoril prvú technológiu viazania pavučinou, v ktorej tekutý materiál vystrelený z ihly takmer okamžite stuhne. A je dostatočne pevný na to, aby sa prichytil a zdvihol predmety.
„Ako vedci a inžinieri sa pohybujeme na hranici medzi predstavivosťou a praxou,“ povedal Fiorenzo Omenetto, profesor inžinierstva na Tuftskej univerzite, riaditeľ Silklab a spoluzodpovedný autor štúdie. „Môžeme sa inšpirovať prírodou. Inšpirovať sa môžeme komiksom a sci-fi. V tomto prípade sme chceli reverzne analyzovať náš hodvábny materiál, aby sa správal tak, ako ho pôvodne navrhla príroda a autori komiksov si to predstavovali.“
Lepkavé vlákna výskumníkov pochádzajú z kukiel priadky morušovej, ktoré sa varením v roztoku rozkladajú na svoje fibroínové proteínové stavebné bloky. Roztok sa potom môže vystreľovať (vytláčať) cez ihly s úzkym otvorom, aby sa vytvoril prúd, ktorý vďaka správnym prísadám stuhne, keď je vystavený vzduchu.
Prečo mole a nie pavúky? Hodváb z priadky morušovej (Bombyx mori) má podobné vlastnosti ako hodváb pavúkov, no s menšou štrukturálnou zložitosťou a suroviny sú ľahšie dostupné. Ako pri každom dobrom objave inšpirovanom komiksom, výskumníci celkom náhodou zistili, ako replikovať to, čo pavúčie vlákna dosahujú v prírode – tuhosť, elasticitu a priľnavosť.
„Pracoval som na projekte, ktorý vyrábal extrémne silné lepidlá s použitím hodvábneho fibroínu, a keď som čistil svoj sklenený riad acetónom, všimol som si, že sa na dne skla tvorí sieťovinový materiál,“ povedal Marco Lo Presti, odborný asistent pre výskum na Tuftskej univerzite a hlavný autor štúdie.
Tím zistil, že keď je roztok hodvábneho fibroínu vystavený organickým rozpúšťadlám, ako je etanol alebo acetón, vytvára polotuhý hydrogél, ale trvá to hodiny. Ak sa však pridá dopamín – áno, ten dopamín, vďaka ktorému sa cítite dobre – takmer okamžite stuhne. Pridaním plnív – chitosanu alebo borátového tlmivého roztoku – vznikli priľnavé, napínateľné hydrogélové vlákna s vysokou pevnosťou v ťahu.
Pri testovaní boli extrudované vlákna „pavučiny“ schopné zdvihnúť viac ako 80-násobok svojej vlastnej hmotnosti. Výskumníci úspešne zachytili kuklu, oceľovú skrutku, laboratórnu trubicu plávajúcu na vode, skalpel napoly pochovaný v piesku a drevený blok zo vzdialenosti asi 12 cm.
Výskumníci predpokladajú celý rad aplikácií pre vlákna inšpirované Spider-Manom, vrátane tkanivového inžinierstva, dodávania liekov, biomateriálov a lepidiel. Aj keď nedosahujú silu prírodného pavúčieho hodvábu, ktorý je asi 1000-krát silnejší, výskumníci sa snažia naďalej zlepšovať ich lepkavý materiál. Štúdia bola nedávno publikovaná v magazíne Advanced Functional Materials.
