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.

تصویری از کلاهک خیبرشکن و فتاح سوار بر بوستر حاج قاسم

درخواست برای تفکیک زمان پذیرش رشته‌های بدون آزمون

زائران با سامانه هوشمند «هم موکب» دغدغه اسکان ندارند

راه‌اندازی «بازوی طریق» سامانه هوشمند خدمات‌ به زائران اربعین

مطالبه بزرگ امت اسلام در اربعین امسال خونخواهی قائد شهید است

مفاهیم نهج‌البلاغه را در پیاده‌روی اربعین ترویج کنیم

چه افرادی بدون آنکه به کربلا بروند زائر اباعبدالله هستند؟

مایک لی بازنشسته می‌شود؛ بیماری نمی‌گذارد فیلم بسازم

خنیاگران خیام با «مهرگان» آمدند؛ شنیدن ظرافت‌های موسیقی خراسان

«خورشید اربعین» در رادیو ورزش؛ همراهی با زائران در حماسه استقامت

آیین‌نامه جامع حمایت از دانشجویان توانخواه نهایی شد

سهم دانشجو از نرخ غذای دانشجویی مشخص شد

پیش ثبت‌نام ۸۱۰ هزار دانش‌آموز پایه هفتم

آموزش و پرورش با ۱۰۰ موکب، آماده خدمت‌رسانی به زائران اربعین است

روایت زائرانی که اربعین را از شرق ایران آغاز می‌کنند در کتاب «شاه است حسین»

پرچم‌هایی در پیاده روی اربعین که هنوز خون را به یاد دارند

تصویر کمتر دیده شده از آیت‌الله سیدمجتبی خامنه‌ای در نماز جمعه نصر

چالش‌های عکاسی طبیعت چیست؟ سید صابر امامی پاسخ می‌دهد

جزئیات شرکت در آزمون های دانشنامه و گواهینامه فوق تخصصی پزشکی تعیین شد

اصغر خلیلی مدیریت مجموعه تئاتر شهر را بر عهده گرفت

آلبوم جدید خواننده پاپ در راه است

اودیسه نولان در ایکس لو رفت؛ ایلان ماسک در برابر نولان

جزئیات آزمون‌های دانشنامه و گواهینامه تخصصی پزشکی را اینجا بخوانید

اجرای نزدیک به ۱۵ پروژه ملی در وزارت علوم پس از جنگ

۱۳۰ هزار فعالیت انجمن‌های علمی دانشجویی در کشور ثبت شدند

دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر مسیر شغلی خود را طراحی می‌کنند

مدیر ارشد اوپن ای آی به این شبکه اجتماعی معتاد شده بود

متا تحقیق درباره خطرات اینستاگرام برای نوجوانان را نادیده گرفت

پرتاب ۵ هزار ماهواره آمازون برای بهبود کیفیت اینترنت در جهان

تسهیلات ویژه دانشگاه آزاد برای اربعین امسال/ استقرار مواکب در ۵ مرز کشور

ثبت نام جذب دانش‌آموختگان دکتری در دانشگاه‌ها آغاز شد؛ ۲ شرط اصلی برای ورود

مشاور شورای آموزش پزشکی: ۲ متخلف آزمون دستیاری به مقامات قضایی تحویل داده شدند

«مردم نمایی» روایتی دیگر از ماجرای نیما تکیدو

حاج حسین ملک دارایی‌های فناپذیر را به میراثی تمدنی تبدیل کرد

پناهیان: بزرگ‌ترین تشییع‌های تاریخ مربوط به امامین انقلاب است

جستجوی حقیقت در مه‌آلودگی ابطال‌پذیری پوپر/سطحی‌نگری در علوم انسانی

جزئیات برگزاری مصاحبه مجازی متأخرین دکتری ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد اعلام شد

قیمت سامسونگ گلکسی و زد فولد گران می شود

خبر مصوبه شورای عالی فضای مجازی برای برخورد با بلاگرها تکذیب شد

رشد استقبال از آزمون دستیاری در سال‌های اخیر

‏ تصویری از تابوت استاد مرحوم اکبر عبدی

پارادوکس در وقف، سودجویی ناشر و موزّع

فانتزی‌ که به شاهنامه تکیه زده است/ احیای حماسه در ادبیات فانتزی ایران

رمان دینی باید افراد معاند و خاکستری را هم پای کتاب بنشاند

بعد از انفجار پیجرها، زندگی چگونه ادامه پیدا کرد؟

حافظه مکتوب ایران چگونه زنده می‌ماند؟

بزرگداشت شیخ صفی‌الدین اردبیلی در فضای مجازی

صفحه رسمی سفارت آلمان در تهران شایعات تخلیه کارکنان این نمایندگی دیپلماتیک را تکذیب کرد

تصویری از برخاستن ستون دود در اربیل عراق

رهبر شهید بیش از حوزویان با نخبگان دانشگاهی دیدار داشتند

ترامپ انتقام جریمه گوگل را از اروپا می گیرد

خونخواهی رهبر شهید ادامه یک مطالبه تاریخی است؛ انتقام با بیشترین ضربه

اعلام دستمزد طراحان صحنه و لباس تئاتر در سال ۱۴۰۵

خالق فیلم معروف «ماسک» از دنیا رفت؛ جیم کری از همکاری با وی تشکر کرد

خداحافظ آقای عبدی؛ دلمان برایتان تنگ می‌شود

اعزام ۴۷۴ معلم برگزیده به مدارس خارج از کشور

وزیر آموزش و پرورش: کنکور به موقع برگزار می‌شود

کشف آنزیمی که می‌تواند پیری را معکوس کند

چت جی پی تی در سراسر جهان مختل شد

ثبت نام دانش آموختگان خارج از کشور در آزمون پیش کارورزی پزشکی آغاز شد

کلید اولیه آزمون دستیاری پزشکی امروز منتشر می‌شود

اتحادیه اروپا گوگل را ۸۹۰ میلیون یورو جریمه کرد

سیزدهمین پرتاب استارشیپ موفقیت آمیز بود

رویداد «معماری نوین حکمرانی علم و فناوری کشور» آغاز بکار کرد

آغاز همکاری مشترک برای تدوین سند ملی صلاحیت حرفه‌ای ICT

۳۵۰ پرونده دانشگاه پیام‌نور در دیوان عدالت اداری بررسی شد

ضرورت تدوین استانداردهای تازه برای خدمات پزشکی پیشرفته

تصمیم‌گیری درباره حضوری شدن دوره کارشناسی با شورای عالی امنیت ملی است

عزای عمومی برای مردی که خاطره‌ مشترک میلیون‌ها ایرانی بود

مرحله غیرمتمرکز المپیاد علمی دانشجویی کشور برگزار شد

آغاز حضوری سال تحصیلی جدید/آمادگی دانشگاه‌ها برای سناریوهای مختلف

معیارهای جدید هم‌ترازی رشته‌های دانشگاهی برای استخدام ابلاغ شد

پشتیبانی دکترتو تهران چگونه است؟

رقابت ۱۷ هزار داوطلب در پنجاه و سومین دوره آزمون دستیاری پزشکی آغاز شد

تصویری از ابابیل ۳ در آسمان کویت

امنیت ایران با صلح تحمیلی معامله‌ پذیر نیست

فروش بدون کارمزد خودرو در استان‌های درگیر جنگ

کشف یک مولکول ناشناخته روی قمر زحل و پلوتو که دانشمندان توضیحی برای آن ندارند

جزئیات ترم تابستانی دانشگاه خوارزمی اعلام شد

دانشگاه صنعتی امیرکبیر در جایگاه سوم رتبه بندی بنیاد ملی نخبگان

رشد استقبال از آزمون دستیاری در سال‌های اخیر

رهبر شهید بیش از حوزویان با نخبگان دانشگاهی دیدار داشتند

کلید اولیه آزمون دستیاری پزشکی امروز منتشر می‌شود

ثبت نام دانش آموختگان خارج از کشور در آزمون پیش کارورزی پزشکی آغاز شد

جزئیات برگزاری مصاحبه مجازی متأخرین دکتری ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد اعلام شد

ثبت نام جذب دانش‌آموختگان دکتری در دانشگاه‌ها آغاز شد؛ ۲ شرط اصلی برای ورود

تصویری از برخاستن ستون دود در اربیل عراق

آیین‌نامه جامع حمایت از دانشجویان توانخواه نهایی شد

فانتزی‌ که به شاهنامه تکیه زده است/ احیای حماسه در ادبیات فانتزی ایران

اعزام ۴۷۴ معلم برگزیده به مدارس خارج از کشور

قیمت سامسونگ گلکسی و زد فولد گران می شود

حافظه مکتوب ایران چگونه زنده می‌ماند؟

صفحه رسمی سفارت آلمان در تهران شایعات تخلیه کارکنان این نمایندگی دیپلماتیک را تکذیب کرد

بعد از انفجار پیجرها، زندگی چگونه ادامه پیدا کرد؟

کشف آنزیمی که می‌تواند پیری را معکوس کند

پارادوکس در وقف، سودجویی ناشر و موزّع

رمان دینی باید افراد معاند و خاکستری را هم پای کتاب بنشاند

اصغر خلیلی مدیریت مجموعه تئاتر شهر را بر عهده گرفت

مشاور شورای آموزش پزشکی: ۲ متخلف آزمون دستیاری به مقامات قضایی تحویل داده شدند

اعلام دستمزد طراحان صحنه و لباس تئاتر در سال ۱۴۰۵

خبر مصوبه شورای عالی فضای مجازی برای برخورد با بلاگرها تکذیب شد

تسهیلات ویژه دانشگاه آزاد برای اربعین امسال/ استقرار مواکب در ۵ مرز کشور

ترامپ انتقام جریمه گوگل را از اروپا می گیرد

تصویر کمتر دیده شده از آیت‌الله سیدمجتبی خامنه‌ای در نماز جمعه نصر

رویداد «معماری نوین حکمرانی علم و فناوری کشور» آغاز بکار کرد

روایت زائرانی که اربعین را از شرق ایران آغاز می‌کنند در کتاب «شاه است حسین»

بزرگداشت شیخ صفی‌الدین اردبیلی در فضای مجازی

اودیسه نولان در ایکس لو رفت؛ ایلان ماسک در برابر نولان

اجرای نزدیک به ۱۵ پروژه ملی در وزارت علوم پس از جنگ

وزیر آموزش و پرورش: کنکور به موقع برگزار می‌شود