Odkrywanie sekretów naturalnego jedwabiu
Pająki-roboty tkające ogromną, jedwabną sieć, która będzie wychwytywać kosmiczne śmieci? Dla niektórych brzmi to, jak pomysł rodem z science fiction, jednak u innych może rozpalać wyobraźnię. Od kilku lat jedwab cieszy się sporym zainteresowaniem ze względu na swoją wyjątkową wytrzymałość i stabilność termiczną, stanowiąc źródło inspiracji dla producentów jego syntetycznych odpowiedników, które imitują także jego strukturę i funkcję biologiczną. Zespół naukowców, częściowo wspieranych przez finansowane z funduszy UE projekty FLIPT i SABIP, udowodnił, że naturalny jedwab jest odporny na zimno, a niektóre jego rodzaje w niskich temperaturach stają się nawet bardziej wytrzymałe. Wyniki przeprowadzonych badań ukazały się w czasopiśmie naukowym „Materials Chemistry Frontiers”. Naukowcy zbadali „zachowanie i funkcje kilku rodzajów jedwabiu pochodzenia zwierzęcego, skupiając się na wielowłókienkowych włóknach jedwabnika dębowego schłodzonych do –196 °C”. W komunikacie prasowym opublikowanym przez partnera projektu, Uniwersytet Oksfordzki, zawarto podsumowanie rezultatów badań. Autorzy podają, że „zespół naukowców był w stanie nie tylko udowodnić, że wytrzymałość jedwabiu zwiększa się w warunkach, które większość materiałów źle znosi, ale także wykazać, jak do tego dochodzi”. Dalej czytamy: „Wygląda na to, że jedwab faktycznie przeczy podstawowemu rozumieniu nauki o polimerach, ponieważ nie traci swojej jakości w naprawdę niskiej temperaturze, a wręcz ją zwiększa, stając się mocniejszym i bardziej rozciągliwym”. Naukowcy ustalili, że wytrzymałość jedwabiu tkwi w jego bardzo małych włóknach. „Okazuje się, że funkcje te opierają się na wielu maleńkich włókienkach, które tworzą rdzeń włókna jedwabiu”, dowiadujemy się z tego samego komunikatu. W opublikowanym artykule naukowcy stwierdzają, że: „Wysoce zwarta, ale jednocześnie relatywnie niezależna struktura, składająca się z niewielkich włókienek, pozwala na aktywację łańcucha cząsteczek częściowo zamrożonego w temperaturze kriogenicznej. Ogranicza to pęknięcia, co wywołuje ślizganie się włókien i pozwala na skuteczne rozwijanie się łańcuchów cząsteczek jedwabnego włókna, w efekcie zapobiegając osłabieniu się całego włókna lub je opóźniając”. Kończą słowami: „Chcemy, aby nasze badanie przyczyniło się do powstania nowego rodzaju wytrzymałych kompozytów strukturalnych wykorzystujących naturalny jedwab albo włókien ciągłych przypominających jedwab, które mogłyby znaleźć zastosowanie w wymagających środowiskach, nawet w warunkach arktycznych czy w przestrzeni kosmicznej”. Autorzy komunikatu prasowego sugerują, że wachlarz zastosowań opierających się na rezultatach badania może być bardzo szeroki: od „nowego rodzaju materiałów wykorzystywanych na obszarach podbiegunowych Ziemi, przez nowe kompozyty do produkcji lekkich samolotów poruszających się w strato- i mezosferze, nawet po ogromne sieci tkane przez pająki-roboty, służące do wyłapywania śmieci kosmicznych”.
Zainspirowane naturą
Inspiracją dla obu projektów, które ufundowały badanie, była natura. Skupiały się one na naturalnym jedwabiu wytwarzanym przez pająki i jedwabniki, aby wzbogacić wiedzę naukowców na temat technologii biopolimerów. Biopolimery to polimery wytwarzane przez organizmy żywe, które mogą być uzyskiwane z mikroorganizmów i roślin lub otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej niższych organizmów. Polimery to naturalne lub syntetyczne substancje chemiczne, składające się z dużych cząsteczek złożonych z połączonych serii małych jednostek. Biopolimery wykorzystywane są do produkcji materiałów medycznych, opakowań, kosmetyków, dodatków do żywności, tkanin na ubrania, preparatów chemicznych do uzdatniania wody, tworzyw sztucznych stosowanych w przemyśle, absorbentów, bioczujników, a nawet nośników danych. Projekt SABIP (Silks as Biomimetic Ideals for Polymers: SABIP) był prowadzony od 2009 do 2014 roku. Zakończenie projektu FLIPT (FLow Induced Phase Transitions, A new low energy paradigm for polymer processing) zaplanowano na 2019 rok. Projekt FLIPT powstał z zamiarem stworzenia nowej serii polimerów zaprojektowanych na wzór biopolimerów, które mogą być wytwarzane z niewielkim nakładem energii. Więcej informacji: strona projektu FLIPT projekt SABIP
Kraje
Zjednoczone Królestwo