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.

بیل گیتس: همه دولت های جهان عقب تر از هوش مصنوعی هستند

نتایج نهایی ۵ آزمون گروه علوم پزشکی منتشر شد

دانشگاه صنعتی امیرکبیر به‌دنبال جذب دانش‌آموزان مستعد کشورهای همسایه

شبکه شعب خودرو۴۵ به ۷۸ شعبه رسید

هلیا امامی: دوست داشتم از کلیشه دختر مثبت فاصله بگیرم

لباس مدرسه فقط فرم نیست، کودک باید آن را دوست داشته باشد

به مناسبت روز سینما: روزی که دوربین شهید آوینی روایتگر جنگ شد

کتاب عروس بی نشان ها: قرار بود یک عمر کنار هم باشند، اما جنگ مهلتشان نداد

حق کودک بر حریم خصوصی؛ چالشی برای فرهنگ دیجیتال ایران

نشر در لهستان؛ انتشار بیش از ۳۱هزار عنوان کتاب در سال ۲۰۲۵

نشان درجه یک هنری به این کارگردان اهدا شد: علیرضا داوودنژاد بدترین فیلمش هم «سینما» است

افزایش پذیرش دانشجو معلم تا سه برابر ظرفیت

۹۵ درصد مدارس کشور آماده بازگشایی هستند

ارزیابی سالانه یک میلیون و ۲۰۰ هزار نوآموز در برنامه سنجش

مهلت ثبت نام پذیرش بدون آزمون کاردانی به کارشناسی ۱۴۰۵ تمدید شد

تمدید مهلت ثبت نام پذیرش بدون آزمون کاردانی ویژه مهارتی سال ۱۴۰۵

پایان نخستین دوره پسادکتری علوم ورزشی امیرکبیر با محوریت هوش مصنوعی

بزرگ‌ترین رقابت دانش‌آموزی در حوزه کوانتوم و لیزر برگزار شد

شرکت انگلیسی داده‌های مشتریانش را به هکرها داد

مهلت انتخاب رشته آزمون دستیاری پزشکی مجدد تمدید شد

حمله ایران معماری هوش مصنوعی امارات را تغییر داد؛ فرار داده‌ها به کوه

چالش‌های مصوبه اخیر «ستاد ویژه ساماندهی فضای مجازی» از منظر حقوقی

مدیران ارشد هوش مصنوعی خواستار کندتر شدن پیشرفت آن شدند

قالیباف قانون ملی توسعه هوش مصنوعی را ابلاغ کرد

سهمیه ویژه کنکور برای آسیب‌دیدگان جنگ نیازمند بازنگری است

پارادوکس رفاه و رضایت؛ چرا مدرنیته ما را شادتر نکرد؟

پیوند عرفان کلاسیک با زیست انسان معاصر در شرح فتوحات مکیه باب ۵۶۰

عالمی که علم و مبارزه را به سنگر امامت جمعه پیوند زد

نظریات و رویکردهای اسلامی در خصوص مددکاری اجتماعی

نسل امروز بی اراده‌تر از نسل قبل است؟

از تربت ۱۷ کیلویی تا یک میلیون سند تاریخی، جلوه‌ای از حرم بانوی کرامت

حجت‌الاسلام قمی: مردم نمی‌گذارند قیمت پایان جنگ، فروختن عزت ایران باشد

جزئیات برگزاری بیستمین آزمون سراسری قرآن و عترت

خیابان و زندگی؛ واکاوی نقش زنان در پایداری اجتماعات شبانه

«دهکده سلامت» یادگار یک خیر بزرگ برای بیماران صعب العلاج

چرا عرفان‌های نوپدید برای جوان امروز جذاب‌اند؟

نگاهی به سریال «دیوار دفاعی»؛ ملی شدن صنعت نفت با چاشنی فوتبال

شعری از نظامی گنجوی موضوع یک انیمیشن کوتاه شد

دیوارنگاره میدان ولیعصر (عج) موقتا تغییر نمی‌کند؛ آغاز ایمن‌سازی

«اسکورت» بر صدر فروش روزانه نشست؛ استقبال از آزادی زنان زندانی

حسین علیزاده مهمان «هم‌کلام» می‌شود

بازی «بوم‌بوم» با حضور خانواده شهید طهرانی‌مقدم رونمایی شد

«ململ» مهمان نمایشگاه ایران نوشت شد

محرابی که منافقین را به وحشت انداخت؛ چرا مدنی باید ترور می‌شد؟

اپل به جمع تولید کنندگان موبایل تاشو پیوست

رئیس دانشگاه تهران: برای مقابله با تحریم‌های علمی برنامه‌ریزی می‌کنیم

روحانیِ پیونددهنده دین و آزادی

توصیه پذیرفته شدگان تیزهوشان، کدام آموزشگاه است؟!

برگزیدگان ‌بیستمین جشنواره ملی شیخ بهایی معرفی و تقدیر شدند

اعلام وجه التزام اسناد وثیقه پذیرفته‌شدگان تخصصی و فوق‌تخصصی پزشکی

علت توقف طرح جدید تغذیه دانشجویی چه بود؟

مهلت مجدد ثبت‌نام در آزمون ارشد علوم پزشکی ۱۴۰۵

ابلاغ دستورالعمل حجاب به زودی در دانشگاه‌ها

تصمیم جدید وزارت علوم درباره ساماندهی داده‌های دانشگاهی

آمار جالب از ازدواج‌های دانشجویی: موفقیت ۹۴ درصد ازدواج‌های دانشجویی طی ۱۲ سال گذشته

آزمون‌های کاردانی مهارتی، کارشناسی ناپیوسته و سردفتری۲۰ شهریور برگزار می‌شود

روبات‌ها در لهستان راهپیمایی کردند

ورود تاکسی‌های خودران به ناوگان اوبر در لندن

آموزش ۶۵ هزار آموزگار ابتدایی برای استفاده از ظرفیت بازی و ورزش

وزیر آموزش و پرورش: دریافت هرگونه وجه هنگام ثبت‌نام در مدارس دولتی ممنوع است

برنامه‌های «زیست عفیفانه» از مهر در مدارس اجرا می‌شود

انتظار معاونت علمی از CVCها برای سرمایه‌گذاری در ۷هزار شرکت نوپا

کارنامه نهایی و دفترچه انتخاب رشته آزمون دستیاری منتشر شد

آلمان موشک و ۵ ماهواره به مدار زمین فرستاد

ظرفیت ۶ هزارنفری دستیاری پزشکی ۱۴۰۵؛ تعیین ظرفیت تعهد مناطق محروم

تحریم علم، رفتار علمی نیست؛ باید به دنبال مسیرهای جایگزین برای انتشار آثار محققان بود

بازنمایی قدرت نرم ایران در شرایط پساجنگ و جایزه جهانی دیپلماسی

آیا اصرار بر تفاوت‌های فقهی، آب به آسیاب دشمنان وحدت اسلامی می‌ریزد؟

انتظار، منطق دینی آمادگی تاریخی برای آینده موعود

«تحول تاریخی مفهوم فلسفه» با تقدیر از پرویز ضیاء‌شهابی رونمایی می‌شود

نگاهی به حکمرانی فضای مجازی در ایران از منظر تحلیل نهادی تنظیم‌گری

نظر قرآن درباره مسئولیت اجتماعی برای میانجیگری بین اختلاف زوجین

در همایش ادیان سن پترزبورگ چه گذشت؟ تاکید ایران بر مقاومت

حل موضوع حجاب با «مسئله‌مندی مشترک»؛ مردم را درگیر مسئله وحدت کنیم

خود بنده فرهنگ درخشان تو آمد؛ آن قوم که از روی طمع، بنده تو را خواست

فروش «رویای نیمه‌شب» ۱۰۰ درصد افزایش یافت

نرگس آبیار: سینما را خودآموز یاد گرفتم

بزرگداشت جین فوندا در ونیز؛ از ترامپ بیزارم!

رونمایی از تندیس اکبر عبدی؛ هنرمندی که به خاطره‌ای ملی تبدیل شد

تصاویری از موشک بالستیک جهاد که در جریان یکی از موج‌های عملیات نصر-۲ شلیک شده بود

رئیس دانشگاه تهران: برای مقابله با تحریم‌های علمی برنامه‌ریزی می‌کنیم

روحانیِ پیونددهنده دین و آزادی

توصیه پذیرفته شدگان تیزهوشان، کدام آموزشگاه است؟!

مهلت انتخاب رشته آزمون دستیاری پزشکی مجدد تمدید شد

اپل به جمع تولید کنندگان موبایل تاشو پیوست

سهمیه ویژه کنکور برای آسیب‌دیدگان جنگ نیازمند بازنگری است

تمدید مهلت ثبت نام پذیرش بدون آزمون کاردانی ویژه مهارتی سال ۱۴۰۵

پایان نخستین دوره پسادکتری علوم ورزشی امیرکبیر با محوریت هوش مصنوعی

نگاهی به سریال «دیوار دفاعی»؛ ملی شدن صنعت نفت با چاشنی فوتبال

از تربت ۱۷ کیلویی تا یک میلیون سند تاریخی، جلوه‌ای از حرم بانوی کرامت

مدیران ارشد هوش مصنوعی خواستار کندتر شدن پیشرفت آن شدند

مهلت ثبت نام پذیرش بدون آزمون کاردانی به کارشناسی ۱۴۰۵ تمدید شد

نسل امروز بی اراده‌تر از نسل قبل است؟

بزرگ‌ترین رقابت دانش‌آموزی در حوزه کوانتوم و لیزر برگزار شد

حمله ایران معماری هوش مصنوعی امارات را تغییر داد؛ فرار داده‌ها به کوه

افزایش پذیرش دانشجو معلم تا سه برابر ظرفیت

چالش‌های مصوبه اخیر «ستاد ویژه ساماندهی فضای مجازی» از منظر حقوقی

ارزیابی سالانه یک میلیون و ۲۰۰ هزار نوآموز در برنامه سنجش

«دهکده سلامت» یادگار یک خیر بزرگ برای بیماران صعب العلاج

نظریات و رویکردهای اسلامی در خصوص مددکاری اجتماعی

پیوند عرفان کلاسیک با زیست انسان معاصر در شرح فتوحات مکیه باب ۵۶۰

شعری از نظامی گنجوی موضوع یک انیمیشن کوتاه شد

«اسکورت» بر صدر فروش روزانه نشست؛ استقبال از آزادی زنان زندانی

قالیباف قانون ملی توسعه هوش مصنوعی را ابلاغ کرد

شرکت انگلیسی داده‌های مشتریانش را به هکرها داد

شبکه شعب خودرو۴۵ به ۷۸ شعبه رسید

پارادوکس رفاه و رضایت؛ چرا مدرنیته ما را شادتر نکرد؟

خیابان و زندگی؛ واکاوی نقش زنان در پایداری اجتماعات شبانه

۹۵ درصد مدارس کشور آماده بازگشایی هستند

به مناسبت روز سینما: روزی که دوربین شهید آوینی روایتگر جنگ شد