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
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.

جهش دانشگاه‌های ایران در رتبه‌بندی تایمز آسیا ۲۰۲۵

چرا خداوند بعضی افراد را از ابتدا بدبخت آفریده؟

چرا تقلید از مرجع تقلید برای هر مسلمانی واجب است؟

آیا آدم پیش از حوا همسری به نام لیلیث داشت؟

آیا گریه بر سر قبر عزیزان گناه است؟ +پاسخ روایات

ازدواج با یک دختر جوان به خاطر مال و زیبایی‌اش چه حکمی دارد؟

اگر نام غیراسلامی برای کودک خود بگذاریم به او ظلم کرده‌ایم؟

تسهیلات ازدواج و فرزندآوری بدون محدودیت از اردیبهشت

نظارت بر دانشگاه‌های علوم پزشکی شدت گرفت

فرصت طلایی ثبت نام دکتری استعداد درخشان آزاد ۱۴۰۴

تصاویر تکان‌دهنده از فداکاری آتش‌نشانان در آتش‌سوزی بندرعباس

رفع فوری مشکلات با یک ذکر مجرب از زبان آیت الله ناصری

کلید طلایی وصال از نظر آیت‌الله بهجت

دینداری؛ تکیه‌گاه ابدی در دنیای پرهیاهو

انفجار بندرعباس، بحران رسانه‌ای عمیق‌تر از آوار

مالکیت فکری سپر دانش‌بنیان‌ها در بازار

عواقب پنهان مراجعه به جادوگر موکل‌دار چیست؟

راز گمراهی حافظان قرآن در فرقه‌های انحرافی طالبان و داعش چیست؟

تصویر جدید از آتش سوزی اسکله شهید رجایی بندرعباس/ آخرین وضعیت مهار شعله‌ها

زنگ خطر به صدا درآمد: علوم پایه خالی، پزشکی پرطرفدار

تمدید مهلت و ویرایش انتخاب رشته دکتری ۱۴۰۴ جا نمانید

بازدید هوایی رئیس جمهور از منطقه انفجار بندر شهید رجایی +عکس

عاق والدین: گناهی هم‌ردیف شرک! + راه جبران

۵ تصویری که در لحظه جان دادن می‌بینیم

مدارس قشم تعطیل شد

یک آنتی‌بیوتیک تازه کشف‌شده می‌تواند با یکی از بدترین ابرمیکروب‌ها مبارزه کند

باکتری‌های مهندسی شده سلامت خاک را علامت می دهند!

پیام کوانتومی بدون تجهیزات مخصوص در فاصله طولانی ارسال شد

فرزندان آدم چگونه ازدواج کردند؟ ۲ دیدگاه متفاوت که تا به حال نخوانده‌اید

حکم شرعی سکونت و عبادت مادر در خانه شراکتی مورد اختلاف وراث

صنعت نشر ایران در دوراهی سرنوشت‌ساز: توسعه یا بیابان کتاب؟

کتاب برنده نوبل با «نور و نخ» غوغا کرد

ماه در وضعیت حضیض زمینی قرار می‌گیرد

طراحی آیفون‌های لوکس با نمادهای مذهبی

آمریکا پیشرفته‌ترین ناو جنگی جهان با برد ۱۸۵۰ کیلومتر و ظرفیت بار ۴۴ تنی را رونمایی کرد

اختراع ایرانی که کیفیت قطعات را به کمتر از ۱۰۰ نانومتر می‌رساند و ابزارهای پرهزینه سنتی را حذف می‌کند

اولین نیروگاه خورشیدی متحرک خطوط ریلی جهان روشن شد

آغاز رسمی برنامه هاتف جهت حمایت مالی از طرح‌های توسعه فناوری

ابداع یک داروی ضد سرطان با قارچ هیمالیا

دریافت فوری کارت کنکور ۱۴۰۴ | آزمون سراسری نزدیک است

تقویم کامل نقل و انتقالات دانشجویی ۱۴۰۴-۱۴۰۵ منتشر شد

رشد فعالیت‌های مرکز تئاتر کانون در سال ۱۴۰۳ با جذب ۱۴۰هزار مخاطب

خبر مهم: بیمه مسئولیت و افزایش حقوق دستیاران

دوین و اجرای ۱۴ برنامه و ۵۰ فعالیت در حوزه زنان در سال ۱۴۰۴

استقرار الگوی مدرسه تراز، با توسعه عدالت در فضا، تجهیزات و کیفیت بخشی به آموزش

هنرستانها؛ مسیر رو به آینده دانش‌آموزان و فرصتی برای دیده شدن علایق

سنجاقک ناسا یک مانع مهم را پشت سر گذاشت

پرفروش ترین هندزفری های بازار را بهتر بشناسید

دستگاه آب‌شیرین‌کن شناور

مهندسی بی‌نهایت: بزرگ‌ترین سازه بتنی ساخت بشر

ببینید؛ تبلیغ جدید اپل: از آیفون ۱۶ بدون کیس محافظ استفاده کنید!

کشفی که می‌تواند بدنه هواپیما و تجهیزات پزشکی را دگرگون کند

مصوبات پروژه فیبرنوری به‌روز می شود؛ تمرکز بر اتصال اینترنت پرسرعت

تامین مالی جمعی اینوتکس به کمک توسعه کسب‌وکارها می‌آید

توسعه تراشه‌های بایدو برای آموزش هوش مصنوعی

اعتراض ۳۰۰ کارمند گوگل به فروش فناوری به رژیم صهیونیستی

همکاری دانشگاه فرهنگیان و سازمان امور اجتماعی کشور برای مقابله با آسیب‌های اجتماعی

امکان تغییر گروه آزمایشی و حوزه امتحانی داوطلبان کنکور وجود ندارد

کشف جدید محقق ایرانی که ساخت بدنه هواپیما و تجهیزات پزشکی را دگرگون می‌کند

سحابی اسپیروگراف

هر انسان با ۲۰۰ تغییر ژنتیکی نسبت به والدین متولد می‌شود

نمازتان صحیح است اما قبول نیست؟ چرا؟

ارتشی از جنس نانوذرات طلا برای مقابله با سرطان و ویروس‌

بیگ بنگ یک افسانه است؛ کیهان تدریجی متولد شده است!

رکوردشکنی دوباره چین/ ساخت آسمان‌خراش ۶۰۰ متری از سر گرفته شد

فضانوردی که هابل را در فضا لمس کرده، چگونه آن را توصیف می‌کند؟

جهش فناورانه در نانوپزشکی؛ انجام تست ۲ ساعته در ۱۵ ثانیه!

جهش در پروژه تولید انسولین ایرانی؛ تامین ۶۰ درصدی نیاز کشور تا ۱۴۰۵

سرپرست مرکز امور بین الملل و مدارس خارج از کشور منصوب شد

تکلیف خمس لوازم آرایشی در منزل مشخص شد

ویزای عمره ایران متوقف شد/ تصمیم جدید عربستان برای حج

شور کرامت در قم: ۱۱۰ برنامه در حرم حضرت معصومه(س) اعلام شد

جادوی «قلب دوخته» و رقابت «بازی آرزوها» دو رمان تازه و جذاب

خبر امیدوارکننده درباره مصدومان انفجار بندر شهید رجایی+عکس

تولد سمندریان: خانه تئاتری او در آرسا جان می‌گیرد

رمان مصور «مگالوپلیس»: فیلم کاپولا جان دوباره‌ای می‌گیرد

تشکیل صف‌های اهدای خون در پی انفجار بندر شهید رجایی

وضعیت خیابان‌های بندرعباس نزدیک بندر شهید رجایی پس از انفجار

«هشتک» به جای «هشتگ»؛ راز انتخاب فرهنگستان فاش شد

نکوداشت سعید حمیدیان: تجلیل از استاد نامدار ادب فارسی

حکم شرعی سکونت و عبادت مادر در خانه شراکتی مورد اختلاف وراث

فرزندان آدم چگونه ازدواج کردند؟ ۲ دیدگاه متفاوت که تا به حال نخوانده‌اید

تصویر/ وضوخانه‌ای متفاوت در مسجدی در دبی

رفع فوری مشکلات با یک ذکر مجرب از زبان آیت الله ناصری

شیخ بهایی نابغه لبنانی‌الاصل و نگارش اولین توضیح المسائل فارسی

نمازتان صحیح است اما قبول نیست؟ چرا؟

تصویر/حضور وزیر فرهنگ ایران در واتیکان؛ ادای احترام صالحی به پاپ بندیکت شانزدهم

کلید طلایی وصال از نظر آیت‌الله بهجت

ازدواج با یک دختر جوان به خاطر مال و زیبایی‌اش چه حکمی دارد؟

حکم شرعی نوسان‌گیری در بورس از نظر آیت‌الله فیاض

روایتی شگفت‌انگیز از کمک پنهانی امام صادق (ع) به دشمن خود به حکم صلۀ رحم

آیا گریه بر سر قبر عزیزان گناه است؟ +پاسخ روایات

۵ تصویری که در لحظه جان دادن می‌بینیم

تصویر/ لحظه زیبای تلاوت قرآن در مسجدی در مالزی

عاق والدین: گناهی هم‌ردیف شرک! + راه جبران

تصویر/ کاشی‌کاری مرقد امامزاده طاهر در حرم حضرت عبدالعظیم

خرید طلای قسطی به قیمت روز تسویه ربا محسوب می‌شود؟

راز گمراهی حافظان قرآن در فرقه‌های انحرافی طالبان و داعش چیست؟

تصویر/ شب جمعه و یادی از سید شهدای مقاومت

شب بخارا و رازهای کوه شاجهان فاش می‌شود

بوکر عربی ۲۰۲۴ به نویسنده فلسطینی اسیر در زندان‌های رژیم صهیونیستی رسید

عواقب پنهان مراجعه به جادوگر موکل‌دار چیست؟

آیا آدم پیش از حوا همسری به نام لیلیث داشت؟

وضعیت خیابان‌های بندرعباس نزدیک بندر شهید رجایی پس از انفجار

آیا پس‌انداز برای آینده فرزندان خمس دارد؟ / پاسخ آیت‌الله العظمی شبیری زنجانی

تصویر/ پیام جدید دیوارنگاره میدان ولیعصر در روز دختر: اتحاد دختران ایران و غزه

هم‌خوانی حماسی گروه محمد رسول الله(ص) در خلیج فارس روی ناو ایرانی

چرا خداوند بعضی افراد را از ابتدا بدبخت آفریده؟

ثبت‌نام طرح ویژه مرور حفظ قرآن در حرم نبوی آغاز شد

آیت الله فیاض درباره سن تکلیف دختران و پسران | پایان ۱۳ سال قمری یا بلوغ ؟