تار عنکبوت مصنوعی؛ فناوری جدید برای چسباندن و بلند کردن اجسام

محققان دانشگاه تافتس، با الهام از دنیای کمیک‌ها و طبیعت، یک فناوری نوآورانه برای پرتاب تار ایجاد کرده‌اند. این سیستم مبتکرانه به یک ماده سیال اجازه می‌دهد تا از یک سوزن پرتاب شود و به یک رشته جامد تبدیل شود که می‌تواند به اجسام بچسبد و آن‌ها را بلند کند، بسیار شبیه به توانایی پرتاب تار مرد عنکبوتی.

به گزارش سرویس اخبار فناوری رسانه تکنولوژی تکنا، الیاف چسبنده در آزمایشگاه ابریشم دانشگاه تافتس، با استفاده از ابریشم از پیله‌های کرم ابریشم تولید می‌شوند. این پیله‌ها در یک محلول جوشانده می‌شوند و به پروتئین‌هایی به نام فیبروین تجزیه می‌شوند. محلول فیبروین ابریشم را می‌توان از طریق سوزن‌های باریک خارج کرد تا یک جریان ایجاد شود که هنگام تماس با هوا، به ویژه با افزودنی‌های مناسب، به یک فیبر جامد تبدیل می‌شود.

طبیعت به عنوان منبع نهایی الهام برای استفاده از الیاف ابریشم در طناب‌ها، تارها و پیله‌ها عمل می‌کند. موجودات مختلفی مانند عنکبوت‌ها، مورچه‌ها، زنبورها، زنبورهای عسل، پروانه‌ها، بیدها، سوسک‌ها و مگس‌ها می‌توانند در مراحل مختلف زندگی خود ابریشم تولید کنند.

آزمایشگاه ابریشم از فیبروین ابریشم برای توسعه چسب‌های قدرتمند که در زیر آب عمل می‌کنند، سنسورهای قابل چاپ برای سطوح مختلف، پوشش‌های خوراکی که عمر مفید غذا را افزایش می‌دهند و مواد جمع‌آوری نور که می‌توانند راندمان سلول‌های خورشیدی را افزایش دهند، استفاده کرده است. آن‌ها حتی بر روی روش‌های تولید میکروچیپ پایدار کار کرده‌اند. با وجود پیشرفت‌های خود در مواد مبتنی بر ابریشم، محققان نتوانستند ظرافت ابریشم عنکبوت را تکرار کنند، که دارای خواص منحصر به فرد سفتی، کشسانی و چسبندگی است. یک پیشرفت به طور غیر منتظره رخ داد.

مارکو لو پرزتی، استاد دستیار تحقیقاتی در تافتس، گفت: «من روی یک پروژه برای ساخت چسب‌های بسیار قوی با استفاده از فیبروین ابریشم کار می‌کردم و در حین تمیز کردن ظروف شیشه‌ای من با استون، متوجه شدم که یک ماده شبیه به تار در کف شیشه تشکیل شده است. این کشف اتفاقی چندین چالش مهندسی را در تقلید از ابریشم عنکبوت برطرف کرد. محلول‌های فیبروین ابریشم معمولاً در معرض حلال‌های آلی مانند اتانول یا استون، در عرض چند ساعت هیدروژل نیمه جامد تشکیل می‌دهند.

با این حال، معرفی دوپامین – که در تولید چسب استفاده می‌شود – به جامد شدن تقریباً فوری اجازه داد. هنگامی که به سرعت مخلوط می‌شود، محلول ابریشم به سرعت الیافی با استحکام کششی و چسبندگی قابل توجه تولید می‌کند. دوپامین و پلیمرهای آن از همان فرایند شیمیایی استفاده می‌کنند که صدف‌ها برای ساخت الیافی که محکم به سطوح می‌چسبند، استفاده می‌کنند.

مرحله بعدی حیاتی شامل ریسیدن الیاف در هوا بود. محققان دوپامین را در محلول فیبروین ابریشم ادغام کردند که به نظر می‌رسید با حذف آب از ابریشم، انتقال از مایع به جامد را سرعت بخشد. هنگامی که محلول از طریق یک سوزن هم‌محور شلیک می‌شود، یک جریان ابریشم نازک توسط استون پوشیده می‌شود و باعث جامد شدن می‌شود. استون در هوا تبخیر می‌شود و یک فیبر چسبنده باقی می‌گذارد که به هر چیزی که با آن تماس پیدا می‌کند می‌چسبد. با افزودن کیتوزان، از اسکلت خارجی حشرات، الیاف تا 200 برابر قوی‌تر شدند. یک بافر بورات نیز آن‌ها را 18 برابر بهتر چسباند.

قطر این الیاف می‌تواند از قطر موی انسان تا حدود نیم میلی‌متر متغیر باشد، بسته به سوزن مورد استفاده. این دستگاه قادر به شلیک الیافی است که می‌تواند اجسام بیش از 80 برابر وزن خود را در شرایط مختلف بلند کند. محققان این قابلیت را با بلند کردن یک پیله، یک پیچ فولادی، یک لوله آزمایشگاهی شناور، یک اسکالپل تا حدی دفن شده در شن و یک بلوک چوبی از فاصله حدود 12 سانتی‌متر نشان دادند.

لو پرزتی توضیح داد: «اگر به طبیعت نگاه کنید، خواهید دید که عنکبوت‌ها نمی‌توانند تار خود را شلیک کنند. آن‌ها معمولاً ابریشم را از غده خود می‌چرخانند، با یک سطح تماس فیزیکی پیدا می‌کنند و خطوط را برای ساختن تارهای خود بیرون می‌کشند. ما در حال نشان دادن راهی برای شلیک یک فیبر از یک دستگاه، سپس چسبیدن به یک جسم و برداشتن آن از فاصله دور هستیم. این کار به جای اینکه به عنوان یک ماده الهام گرفته از زیست ارائه شود، واقعاً یک ماده الهام گرفته از ابرقهرمان است.»