کد خبر: 159828
ف
چطور تار عنکبوت از فولاد قوی‌تر است؟
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

به گزارش ثریا 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.

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.

خبرهای مرتبط

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.

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.

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.»

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: ایسنا


مرتبط ها
ارسال نظر
chapta
حداکثر تعداد کاراکتر نظر 200 ميياشد .
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.

پیام تسلیت دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی در پی ارتحال حجت‌الاسلام والمسلمین دکتر سید محمدباقر حجتی

تشریح جزئیات برگزاری نوبت دوم آزمون سراسری

دانشگاه علم و صنعت امسال ترم تابستانی برگزار نمی کند

تصمیم جدید وزارت بهداشت برای تسهیل شرایط آموزشی دستیاران تخصصی

رفع نقص کارت‌ شرکت در نوبت دوم آزمون سراسری سال ۱۴۰۴ در این مراکز

رونمایی از گلکسی واچ ۸ با قابلیت‌های سلامتی جدید

استفاده از نانوحباب برای مهار گازهای گلخانه‌ای

بازگشایی آزمایشی فاز نخست موزه ملی علوم و فناوری ایران

در معرض ابتلا به آلزایمر هستید؟/ چهار مسیر منتهی به این بیماری را بشناسید

درمان ساده‌ای که می‌تواند از ۷۵ درصد سرطان‌های معده جلوگیری کند

ابتکار دانشمند ایرانی در استفاده از چوب برای افزایش طول عمر باتری‌

دستیابی فناوران کشور به یکی از اختصاصی‌ترین رادیو داروهای سرطان

چگونه ماه باعث شکل‌گیری حیات در زمین شد؟

تصویب سه استاندارد جدید برای تولید انبوه محصولات نانوساخت

تشخیص علائم اولیه پوکی استخوان با هوش مصنوعی

اولین مرورگر وب مبتنی بر هوش مصنوعی، گوگل را به چالش می‌کشد

یک‌پنجم سال زیر تیغ فرابنفش؛ ازون از ما محافظت می‌کند ولی نه همیشه

استخراج لیتیوم از آب امکان‌پذیر شد

تدارک تمهیدات کامل برای برگزاری نوبت دوم کنکور

نوآوری در ترویج نماز؛ از منبرهای ۳ دقیقه‌ای تا اپلیکیشن نور چشم

فناوری جدید الهام ‌گرفته از لکه قهوه، جان انسان‌ها را نجات می‌دهد

فناوری تولید برق از امواج دریا

جزئیات طرح‌های احیاشده، در حال اجرا و برنامه‌های آینده بنیاد ملی نخبگان

انقلاب انویدیا در هوش مصنوعی با پاسخ‌دهی ۳۲ برابر سریع‌تر به کاربران

یافته‌های دانشمند ایرانی درباره توانایی چت‌جی‌پی‌تی در درک رنگ‌ها

احتمال تغییر زمان امتحانات گواهینامه و ارتقا برای برخی دستیاران پزشکی

آمادگی کامل برای برگزاری نوبت دوم آزمون سراسری سال ۱۴۰۴

ترور دانشمندان ایرانی در مجامع بین‌المللی پیگیری می‌شود

.ترفند رسانه‌ای رژیم صهیونیستی برای توجیه تجاوز نظامی به ایران

شعری زیبا/می‌شود من هم برایت شعر «ای ایران» بخوانم؟

کودک اهل کتاب ایرانی، آینده‌ساز گفت‌وگو و دانایی است

شرکت ۳۵۰۰ نفر در پویش قرآنی «به نام پیروزی»

تصویر/ هیئات با پیوند «ایده، شعر و اجرا» از مکتب حسین به ایران حسین پل زدند

گامی در مسیر توسعه شبکه ملی اطلاعات امن و پایدار

کشف نوع جدیدی از سلول استخوان‌خوار در مارهای پیتون!

تصویربرداری بی‌سابقه از ذرات نوری در نانولوله‌های کربنی

اختراعی که قوانین فیزیک را دور می‌زند: گرم باش، سرد باش اما دیده نشو

درمان سینوزیت با ربات‌های نانویی؛ بی‌نیاز از جراحی

تشریح آخرین وضعیت مرجان‌های ایران

چرا افراد باهوش‌ تصمیمات بهتری می‌گیرند؟

عکس روز ناسا از سحابی سه‌تکه

صفحه تجربیات به پنل فرهنگی در پنجره واحد خدمات الکترونیک آموزش و پرورش اضافه شد

جهش آماری ثبت نام پایه اول

احصای لیست تجهیزات مورد نیاز مدارس در حال ساخت

آغاز فعالیت پایگاه‌های تابستانه اوقات فراغت دانش آموزان/ برنامه‌ریزی سناریوهای مختلف برای شرایط متفاوت

مصرف لبنیات غیرپاستوریزه از علل شایع ابتلای انسان به تب‌مالت

ارزش سازنده استارشیپ به ۴۰۰ میلیارد دلار می‌رسد

کشف یک متحد جدید برای مبارزه با تغییرات اقلیمی

بخش ایران IEEE برترین بخش جهانی سال ۲۰۲۵ شد

سامسونگ برای پیشرفت در فناوری پزشکی پوشیدنی یک شرکت می‌خرد

برگزاری ۱۱ آزمون‌ گروه علوم پزشکی در مردادماه امسال

میراث شهید طهرانچی: تحول در جذب و ارتقای استادان

اولویت تجهیز با مدارس عشایری و روستایی چندپایه است

گردوغبار با این فناوری تصفیه می‌شود

کنترل حرفه‌ای پهپاد با دستکش‌!

وقتی سلول‌های کشنده به ناجی تبدیل می‌شوند

رونمایی از اولین توربین‌های ضربه‌ای ۵۰۰ مگاواتی جهان

طراحی گوشی تاشو سه‌مرحله‌ای سامسونگ فاش شد

اوپو A۱۷؛ رقیب گوشی‌های اقتصادی در بازار موبایل

مدارس شهر تهران در طول هفته خدمات آموزشی ارائه می‌دهند

نوار قلب جیبی؛ دستگاهی به اندازه یک کارت بانکی!

طرح ملی ایران دیجیتال در اجلاس جهانی به عنوان پروژه برتر برگزیده شد

اطلاعیه درباره پایش و ارزیابی عملکرد مدارس در فرآیند ثبت‌نام

بهسازی و شاداب سازی ۱۱۰ هزار کلاس درس

فعالیت کلاسهای مجازی پایگاه‌های تابستانی تا ۲۰ شهریور

تشکیل کمیته مشاوره و مددکاری اجتماعی برای ارائه خدمات به دانش آموزان و فرهنگیان آسیب‌دیده

آغاز اصلاح روش‌های آموزش و یادگیری در مدارس ابتدایی

راهکاری طبیعی برای مبارزه با قارچ پژمرده‌کننده گوجه‌فرنگی

گنبد مینا الهام‌بخش تحول در نمای شیشه‌ای/پوشش نانویی ایرانی گرما را تا ۹۰ درصد مهار می‌کند

ضرورت پوشش حرارتی نماهای شیشه‌ای برای ساختمان‌ها

استفاده از سوسک‌های سایبورگ برای زنده‌یابی در بلایای طبیعی

تاکسی‌های رباتیک ویمو در راه فیلادلفیا و نیویورک

معرفی پشه‌کش لیزری با توانایی نابودی ۳۰ حشره در ثانیه

امکان ترمیم اعصاب نخاع با تزریق ژل نانویی

منوی عجیب یک پیتزافروشی در نیاوران تهران که پربازدید شد

تصاویری از قرار ملاقات مهم عراقچی در عربستان

آغاز پذیرش تکمیل ظرفیت جامعه‌الزهرا(س)

تصویر/ شهید کوچک ما که اسرائیل او را کشت

نتایج نهایی کنکور اختصاصی دانشگاه‌های افسری اعلام شد

مهلت انتخاب رشته در آزمون دستیاری تخصصی پزشکی باز هم تمدید شد

شعری زیبا/می‌شود من هم برایت شعر «ای ایران» بخوانم؟

پیام تسلیت دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی در پی ارتحال حجت‌الاسلام والمسلمین دکتر سید محمدباقر حجتی

تصویر/ شهید کوچک ما که اسرائیل او را کشت

تصویر/ وقتی آقا گفت: ای ایران» بخوان

پاسخ به یک شبهه/ چرا امام حسین (ع) در روز عاشورا طلب باران نکرد؟

وقایع روز عاشورا به تفکیک ساعت و مقتل‌های معتبر

سازمان ملل از نامزدی کربلا به عنوان پایتخت فرهنگ اسلامی حمایت کرد

نگاهی به زندگی عباس (ع)‌علمدار لشکر سیدالشهدا و محافظ خیام

خداوند خود توبه را به گناهکاران پیشنهاد می‌کند؛ گناهانی که حسنه می شوند

آماده کرده‌اند چرا خیزران، پدر؟ / یا دختر یتیم خودت را بیا ببر

چگونه امام سجاد (ع) با دعا جامعه را متحول کرد؟

سیره امام علی (ع) و امام صادق (ع) تلاش برای آبادانی دنیا همراه با دینداری بود

کودک اهل کتاب ایرانی، آینده‌ساز گفت‌وگو و دانایی است

نگاهی نو به زندگی امام سجاد(ع) در شاهکار سیدجعفر شهیدی

ویژه برنامه های دهه دوم ماه محرم در شبکه قرآن سیما

برگزاری ۱۱۴ محفل انس با قرآن کریم ویژه بزرگداشت شهدای قرآن

ترویج فرهنگ دعا و نیایش به مثابه ابزار تربیتی و معرفتی توسط امام سجاد (ع)

تحلیل ابعاد معنوی و عملی «طهارت» انسانی در پرتو قرآن و اهل بیت (ع)

شرکت ۳۵۰۰ نفر در پویش قرآنی «به نام پیروزی»

استقبال دانشگاه تهران از دهه دوم محرم با مراسم «از دانشگاه تا کربلا»

منظومه «ظهر روز دهم» یک اثر ادبی بی‌نظیر برای نوجوانان

تصویر/ هیئات با پیوند «ایده، شعر و اجرا» از مکتب حسین به ایران حسین پل زدند

فرهمندپور: اعتماد، حلقه اساسی زنجیره ولایت است/ غفلت و گناه آگاهانه، راه بازگشت را سخت‌تر می‌کند

مدینه فاضله نیازمند تحقق فضائل اخلاقی است

واقعه عاشورا حماسه‌ای مبارزاتی و غنی از معارف اخلاقی و تربیتی است

منوی عجیب یک پیتزافروشی در نیاوران تهران که پربازدید شد

فراخوان دریافت یادداشت‌های تخصصی-علمی با موضوع تجاوز رژیم صهیونیستی به ایران

امشب آخرین فرصت انتخاب رشته آزمون دستیاری

تصویب استفاده از ظرفیت اساتید بازنشسته در دانشگاه‌های غیر انتفاعی

ماهواره آمریکایی هر ۲۰ دقیقه یکبار زمین را رصد می‌کند