ساخت قوی ترین ابریشم مصنوعی جهان
با وجود تلاش برای سنتز مواد، ابریشم های مصنوعی تولید شده هنوز نمی توانند قدرت الیاف طبیعی ابریشم را داشته باشند.
اما مهندسان راهی پیدا کرده اند که می توانند از ساختار ابریشم طبیعی ساختار بسیار مستحکمتر تولید کنند. محققان می گویند مواد جدید به عنوان الیاف ابریشم بازسازی شده (RSF) نامگذاری شده و می توانند در محیط تجاری و محیط زیست پزشکی کاربرد زیادی پیدا کنند.یافته ها در مجله Nature Communications گزارش شده است.
برخی از گونه های ابریشم تولید شده توسط عنکبوت ها یکی از قوی ترین مواد شناخته شده هستند، اما بر خلاف کرم ابریشم، عنکبوت ها نمی توانند برای تولید الیاف در مقادیر زیاد ، تولید زیاد و مفیدی داشته باشند. محققان مختلف، از جمله بئلر و همکارانش، در عوض تلاش کرده اند که ابریشم صرفا مصنوعی ایجاد کنند، اما این تلاش ها هنوز به تولید الیاف مصنوعی که بتواند با قدرت نسخه های طبیعی رقابت کنند منجر نشده است.در عوض، تیم در حال حاضر راه را برای استفاده از بهترین ویژگی های ابریشم طبیعی تولید شده توسط کرم ابریشم توسعه داده است، و در حال پردازش آنست به طوری که آن را قوی تر و با طیف گسترده ای از اشکال و ساختار های جدید که هرگز نمی تواند از ابریشم طبیعی تشکیل شود ، تولید کند.
کلید این است که ابریشم طبیعی را بطور جزئی بشکنیم.بدین ترتیب که آنها را از پیله ها جدا کنیم اما بطوریکه ساختار ماده تجزیه شود و بصورتی که شکل متوسطی از میکرو الیاف های تشکیل شده باقی بمانند. این ساختار های کوچک بدست آمده خاصیت قدرت ابریشم را در خود حفظ می کنند.
محقق Buehler، رئیس بخش مهندسی محیط زیست، این بازیافت مواد را با تخریب یک خانه آجری قدیمی مقایسه می کند. با این حال، به جای اینکه خانه را به یکباره فرو بریزیم، آجرهای آن تک به تک با دقت جدا می شوند و سپس برای ساخت یک ساختار جدید استفاده می شوند. او می گوید “طبیعت هنوز در ساخت ریز ساختارها بهترین است، همانطور که در برخی از تحقیقات پیشینش نشان داده شده است، مسئولیت خواص خفیف حفظ می شود و در این مورد، ما از آنچه طبیعت فراهم می کند استفاده می کنیم.
🔹محققان دریافتند که با شکستن ساختاری ابریشم و سپس آن را از طریق اکسترود کردن،می تواند الیاف را دو برابر سایز ابریشم معمولی و نزدیک به سختی ابریشم عنکبوت تولید کنند.این فرایند می تواند گزینه های گوناگونی برای کاربردهای جدید ایجاد کند. به عنوان مثال، ابریشم ماده ای است که به طور طبیعی سازگار با محیط زیست است که هیچ گونه عارضه ای را در بدن تولید نمی کند، بنابراین مواد جدید می تواند برای برنامه های کاربردی مانند اتصالات پزشکی یا داربست برای رشد پوست جدید و یا سایر مواد بیولوژیکی ایده آل باشد.
این روش همچنین به محققان اجازه می دهد تا مواد را به شیوه ای که هرگز توسط ابریشم طبیعی تولید نمی شود، شکل دهند. به عنوان مثال، می توان به مش، لوله، الیاف بسیار ضخیم تر از ابریشم طبیعی، کویل ها(سیم پیچ مانند)، ورق ها و دیگر اشکال تولید کرد. Buehler می گوید: “ما از چیزی که [کرم ابریشم] می سازد” راضی نیستیم. “ما می خواهیم مواد جدید خودمان را تولید کنیم.”
همچنین Qinمی گوید: چنین فرم هایی می تواند با استفاده از مواد آماده شده در نوع خاصی از سیستم چاپ سه بعدی ایجاد شود. و یکی از مزایای فرایند جدید این است که می توان آن را با استفاده از فن آوری های تولید متعارف انجام داد، بنابراین مقیاس کردن آن تا مقادیر تجاری نباید دشوار باشد.خواص خاص الیاف ابریشم از جمله سختی و سفتی آن، می تواند به سادگی با تغییر سرعت فرایند اکستروژن کنترل شود.
این الیاف های سازنده نیز به سطوح مختلف رطوبت بسیار حساس هستند و می توان به آنها ، با اضافه کردن یک پوشش نازک از مواد دیگر مانند لایه ای از نانولوله های کربنی، هدایت الکتریکی انجام داد. این می تواند آنها را در انواع دستگاه های حسگر فعال بکار برد، در حالیکه یک سطح با یک لایه یا مش از چنین الیاف می تواند به فشار یک نوک انگشت یا تغییرات در شرایط محیط پاسخ دهد.
نتونی وایس، استاد بیوشیمی و بیوتکنولوژی مولکولی در دانشگاه سیدنی استرالیا می گوید : “این تکنولوژی می تواند زمینه سازی برای انواع جدیدی از مواد بافته شده و کامپوزیت های کاربردی را فراهم آورد – این مواد می تواند برای طیف وسیعی پارچه های نوین و بیوسنسورها کاربری داشته باشد.”
