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.

از خرید کابل برق چه می‌دانید؟ راهنمایی که پیش از هر بازسازی باید بخوانید

اقتدار دفاعی ایران، ایده‌ای نو در بازی‌های رومیزی

۳۵ ثانیه، ۷۲۰ هزار گلوله در لامرد/ جنایتی که روایت نشد

آئین اختتامیه روایت علوی برگزار شد

بازی‌های تیم ملی فوتبال ایران در سینماها پخش می‌شود

معرفی چهار آلبوم موسیقی تازه وارد در فضای مجازی

روایت جواد موگویی از یک جنایت جنگی: حادثه لامرد در سایه روایت‌های اشتباه رسانه‌ای گم شد

جزئیات برنامه‌های محرمی اوقاف در قالب طرح سوگواره بصیرت عاشورایی اعلام شد

دقت در نسبت با خاستگاه علوم انسانی بسیار مهم است

پویش «ایران در پناه قرآن» تا پایان خرداد تمدید شد

برگزاری نمایشگاه معماری حرمین شریفین در مکه مکرمه

حمایت آیت الله رشاد از بازسازی و ساخت مجدد کنیسه آسیب دیده در جنگ

آیا در جنگ هرکاری مجاز است؟ نگاهی به اخلاق در میدان نبرد

تأثیر سوابق پایه یازدهم در کنکور ۱۴۰۵ مثبت شد / ۶ درس نهایی برای کنکور

راز حذف زمینه‌های فلسفی «یوگا» در نسخه مدرن

آذین‌بندی و شادی‌های عمومی باید به عنوان مدخل معرفت باشد

فرایند محدودیت در اینترنت شفاف می‌شود؛ ماجرای اینترنت پرو و خط سفید چه بود؟

۷۸ درصد ترافیک اینترنت به حالت قبل و اول دی ماه بازگشت

آغاز ثبت نام آزمون کاردانی به کارشناسی از ۲۴ خرداد ماه

مصوبه افزایش حقوق اعضای هیئت علمی لغو نشده است

تداوم فعالیت علمی دانشگاه شهید بهشتی با وجود آسیب در جنگ

ضیافت نور در آسمان خرداد؛ دیدار دو سیاره منظومه شمسی در آسمان ایران

نسخه جدید چت‌جی‌پی‌تی؛ از تولید عکس تا رزرو سفر در یک پنجره

مهلت دفاع از پایان نامه دستیاران پزشکی تا پایان آذر ۱۴۰۵ تمدید شد

حضوری شدن برخی امتحانات دانشگاه علم و صنعت در مقطع کارشناسی

ایران در جمع ۶ کشور دارای توان ساخت تجهیزات پیشرفته کرایوژنیک

چرا نقش استادان دانشگاه فراتر از کلاس درس است؟

انویدیا با غول‌های فناوری کره جنوبی قرارداد بست

هوش مصنوعی زلزله یاب شد

ثبت‌نام خودکار ۸۵ درصد دانش‌آموزان ابتدایی در استان سمنان

فعالیت ۳۷ هزار سفیر سلامت دانش‌آموزی

هفته بین‌المللی قرآن در کربلا افتتاح شد

چرا روابط فیلم «تهران کنارت» در سطح ماند؟

ولایت فقیه یک هویت تمدنی و تاریخی برای ملت ایران است

تأکید رئیس جهاددانشگاهی بر رفع موانع دیوان‌سالاری و بازگشت به شورای عالی انقلاب فرهنگی

دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی: دستورات لازم برای حضور فعال‌تر جهاد دانشگاهی صادر می‌شود

دومین فراخوان تربیت مجاهد فرهنگی توسط نهاد نمایندگی رهبری در دانشگاه‌ها

دستگاه‌های اجرایی ملزم به استفاده از پیام‌رسان‌های بومی شدند

طرح جدید دانشکده مدیریت شریف برای جذب دانشجوی دکتری با مزایای بی‌نظیر

پیش ‌ثبت‌نام الکامپ ۲۹ آغاز شد

امکان ادامه تحصیل مجدد در پزشکی، دندانپزشکی و داروسازی برای دانش‌آموختگان فراهم شد

اجماع شورای عالی انقلاب فرهنگی بر تأثیر قطعی سوابق تحصیلی یازدهم و دوازدهم در کنکور ۱۴۰۵

جزئیات احکام انضباطی دانشجویان در ایمیل معاون دانشجویی دانشگاه شریف به اساتید

امتحانات دانشگاه علمی کاربردی غیرحضوری شد

امام در اصول فقه به «عرف عقلایی» اهمیت می‌داد

خبرنگاران ایرانی از دریافت ویزا برای پوشش جام جهانی محروم شدند

موقوفات چطور به حل مشکلات اقتصادی ورود کرده‌اند؟

زندگی امام موسی کاظم (ع) تابلویی تمام‌عیار از مدیریت بحران و کادرسازی دینی است

بازیگر معروف ایرانی نقش ترامپ را بازی می‌کند+عکس

بیوک میرزایی: محبت مردم بزرگ‌ترین سرمایه یک هنرمند است

متن جدید امیرحسین قیاسی در حمایت از ایران و در واکنش به جنگ

آیت‌الله مبلغی: نخستین ثمره استقامت، گشایش راه‌ها و شکستن بن‌بست‌هاست

ثبت نام ۲ هزار هیئت جدید در سامانه عطر سیب/ رویکرد نمایشگاه امسال خانواده محور است

خدمت‌رسانی موکب ها به زائران عید غدیر در نجف اشرف

روایتی از بزرگ‌ترین وقف درمانی تهران در کتاب «میراث فرمانفرما»

آخرین حضور و غیاب کودکان شهید میناب با حضور پرویز پرستویی

بازیگر معروف فیلم پدرخوانده ترامپ را ظالم و فاسد خواند

روایت الگوی خانواده موفق در «زندگی زیباست» رادیو معارف

آنچه سیاه‌چال‌های عباسی درباره امام کاظم(ع) پنهان نکردند

چرا روایت ماکان نصیری از صدها گزارش خبری اثرگذارتر شد؟

کتاب صمود روایتی از دردی که از دور فهمیده نمی‌شود

امکان ارسال مستقیم جستجو به هوش مصنوعی در گوگل فراهم می‌شود

ترس اروپا از خاموشی دیجیتال شدت گرفت

قائم مقام دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی منصوب شد

حمایت جدی دانشگاه آزاد از دانشجویان دکتری؛ دستورالعمل پژوهشی نیمسال ۱۴۰۴۲ آمد

خط فارسی، مرجعیت علمی ایران را منطقه‌ای می‌کند

وزارت آموزش و پرورش اعلام برنامه امتحانات نهایی را تکذیب کرد

رویکرد تحولی سمپاد از تربیت دانش‌آموز موفق به سوی پرورش انسان اثرگذار

هوش مصنوعی افکار رئیس جمهور چین را ترویج می‌کند

شورای عالی انقلاب فرهنگی: تغییری در تأثیر قطعی معدل کنکور امسال نداریم

تعلل دولت در اجرای طرح ترمیم حقوق، شکاف بی‌اعتمادی را گسترش داد

نمایه‌شدن سه مجله دانشگاه تهران در کتابخانه دیجیتال آلمان

مصاحبه دکتری دانشگاه علامه طباطبائی از فردا آغاز می‌شود

یک روز جابجایی در برنامه امتحانات دانشگاه صنعتی شریف

اقتباسی عروسکی از رمان «اسب جنگی» به روی صحنه رفت

مساله وطن در صدای علیرضا قربانی و نجابتِ اندوه در آهنگ جدید او

بزرگ‌ترین وداع قرن برای امام امت/ بدرقه‌ای به وسعت ایران

جناب خان و هومن به آنتن تلویزیون برگشتند

کتاب برای رهبر شهید ابزار ساخت انسان و جامعه بود

پیکر آیت‌الله العظمی محمد اسحاق فیاض در کاظمین و کربلا تشییع شد

امکان ادامه تحصیل مجدد در پزشکی، دندانپزشکی و داروسازی برای دانش‌آموختگان فراهم شد

جزئیات ثبت نام آزمون دستیاری دندانپزشکی را اینجا بخوانید

بررسی وضعیت اشتغال بیش از ۴۰۹ هزار دانش‌آموخته/ علوم‌ پزشکی در صدر اشتغال

آغاز کلاس‌های حضوری دانشگاه صنعتی شریف از ۲۳ خرداد

طرح جدید دانشکده مدیریت شریف برای جذب دانشجوی دکتری با مزایای بی‌نظیر

حمایت جدی دانشگاه آزاد از دانشجویان دکتری؛ دستورالعمل پژوهشی نیمسال ۱۴۰۴۲ آمد

دومین فراخوان تربیت مجاهد فرهنگی توسط نهاد نمایندگی رهبری در دانشگاه‌ها

دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی: دستورات لازم برای حضور فعال‌تر جهاد دانشگاهی صادر می‌شود

حجت‌الاسلام محمد قمی: نهضت خمینی همچنان ادامه دارد

هوش مصنوعی افکار رئیس جمهور چین را ترویج می‌کند

ترس اروپا از خاموشی دیجیتال شدت گرفت

کتاب صمود روایتی از دردی که از دور فهمیده نمی‌شود

بیوک میرزایی: محبت مردم بزرگ‌ترین سرمایه یک هنرمند است

مساله وطن در صدای علیرضا قربانی و نجابتِ اندوه در آهنگ جدید او

امکان ارسال مستقیم جستجو به هوش مصنوعی در گوگل فراهم می‌شود

قائم مقام دبیر شورای عالی انقلاب فرهنگی منصوب شد

امتحانات دانشگاه علمی کاربردی غیرحضوری شد

بزرگ‌ترین وداع قرن برای امام امت/ بدرقه‌ای به وسعت ایران

خط فارسی، مرجعیت علمی ایران را منطقه‌ای می‌کند

شورای عالی انقلاب فرهنگی: تغییری در تأثیر قطعی معدل کنکور امسال نداریم

اقتباسی عروسکی از رمان «اسب جنگی» به روی صحنه رفت

چرا روایت ماکان نصیری از صدها گزارش خبری اثرگذارتر شد؟

سه انفجار خورشیدی در یک شبانه‌روز رخ داد

اجماع شورای عالی انقلاب فرهنگی بر تأثیر قطعی سوابق تحصیلی یازدهم و دوازدهم در کنکور ۱۴۰۵

درک پیام غدیر؛ امامت، ستون فقرات حفظ اسلام در جامعه

ممیزی‌های فراوان کلینیک رویا صدای بازیگران را در آورد

پیکر آیت‌الله العظمی محمد اسحاق فیاض در کاظمین و کربلا تشییع شد

رویکرد تحولی سمپاد از تربیت دانش‌آموز موفق به سوی پرورش انسان اثرگذار

روایت الگوی خانواده موفق در «زندگی زیباست» رادیو معارف

بازیگر معروف ایرانی نقش ترامپ را بازی می‌کند+عکس