https://frosthead.com

Uus kunstlik ämblik-siid: tugevam kui teras ja 98-protsendiline vesi

Alandliku ämbliku siidil on päris muljetavaldavad omadused. See on üks tugevamaid looduses leiduvaid materjale, tugevam kui teras ja tugevam kui Kevlar. Enne purunemist saab seda mitu korda pikkuseks venitada. Nendel põhjustel on ämblik-siidi reprodutseerimine laboris aastakümneid materjaliteadlaste seas pisut kinnisideeks.

Seotud sisu

  • Tigude hambad peidavad ämblik-siidi kui looduse tugevaimat materjali
  • Kas Ämblik-siid võiks liikuvat rongi peatada?

Nüüd on Cambridge'i ülikooli teadlased loonud uue materjali, mis jäljendab ämbliku siidi tugevust, venivust ja energiat neelavat võimet. See materjal pakub võimalust täiustada tooteid alates jalgrattakiivritest kuni langevarjudeni kuni kuulikindlate jakkideni kuni lennuki tiibadeni. Võib-olla selle kõige muljetavaldavam vara? See on 98 protsenti vett.

"Ämblikud on huvitavad mudelid, kuna nad suudavad toota temperatuuril toota suurepäraseid siidkiudusid, kasutades lahustina vett, " ütleb Darshil Shah, Cambridge'i looduslike materjalide innovatsiooni keskuse insener. "See protsessi ämblikud on arenenud sadade miljonite aastate jooksul, kuid me pole siiani suutnud seda kopeerida."

Laboris valmistatud kiud on valmistatud materjalist, mida nimetatakse hüdrogeeliks, mis on 98 protsenti vett ja 2 protsenti ränidioksiidi ja tselluloosi, millest viimast hoiavad koos kurkurbiturüülid - molekulid, mis toimivad “käeraudadena”. Ränidioksiidi ja tselluloosi kiude saab tõmmata hüdrogeelist. Umbes 30 sekundi pärast aurustub vesi, jättes maha vaid tugeva, veniva niidi.

Kiud on äärmiselt tugevad - ehkki mitte nii tugevad kui kõige tugevamad ämbliksiidid - ja märkimisväärselt võib neid valmistada toatemperatuuril ilma keemiliste lahustiteta. See tähendab, et kui neid saab toota mastaapselt, on neil eelis teiste sünteetiliste kiudude, näiteks nailoni ees, mis vajavad ketramiseks eriti kõrgeid temperatuure, muutes tekstiilitootmise üheks maailma määrdumatumaks tööstuseks. Ämbliku kunstlik siid on ka täielikult biolagunev. Ja kuna see on valmistatud tavalistest hõlpsasti juurdepääsetavatest materjalidest - peamiselt veest, ränidioksiidist ja tselluloosist -, võib see olla taskukohane.

Kuna materjal neelab nii palju energiat, võiks seda potentsiaalselt kasutada kaitsekangana.

"Ämblikud vajavad seda imendumisvõimet, sest kui lind või kärbes nende veebi tabab, peab ta seda suutma absorbeerida, vastasel juhul läheb see puruks, " räägib Shah. "Nii et põnevaks rakenduseks oleks šrapnellikindel või muu sõjaline kaitseriietus."

Muud potentsiaalsed rakendused hõlmavad purjekangast, langevarju kangast, kuumaõhupalli materjali ning ratta- või rulakiivreid. Materjal on biosobiv, mis tähendab, et seda saab kasutada inimkehas näiteks õmbluste jaoks.

Kiudusid saab muuta ka mitmel huvitaval viisil, ütles Shah. Tselluloosi asendamine erinevate polümeeridega võib muuta siidi täiesti erinevaks materjaliks. Põhimeetodit saaks korrata paljude kangaste madala kuumusega keemiliste lahustitevabade versioonide valmistamiseks.

"See on üldine meetod kõigi kiudude valmistamiseks, mis tahes kujul tehiskiust roheliseks muuta, " ütleb Shah.

Shah ja tema meeskond pole kaugeltki ainsad teadlased, kes töötavad ämbliku kunstliku siidi loomisel. Erinevalt siidiussidest, keda saab siidil kasvatada, on ämblikud kannibalid, kes ei talu talupidamiseks vajalikke lähedasi ruume, seega on laborisse pöördumine ainus viis märkimisväärse koguse materjali saamiseks. Iga paari aasta tagant tuuakse pealkirju protsessi uute sissetungide kohta. Saksa meeskond on modifitseerinud E-coli baktereid ämblik-siidimolekulide tootmiseks. Utahi osariigi ülikooli teadlased aretasid geneetiliselt muundatud “ämblikkitse”, et toota oma piimas siidivalke. USA armee katsetab muudetud siidiusside kaudu toodetud lohe siidi, mida kasutatakse kuulikindlates vestides. Selle aasta alguses avaldasid Rootsis Karolinska instituudi teadlased paberi, mis käsitleb uut meetodit bakterite kasutamiseks ämbliku siidiproteiinide tootmiseks potentsiaalselt jätkusuutlikul, skaleeritaval viisil. Ja sel kevadel debüteeris Californias asuv startup Bolt Threads SXSW festivalil biokeemiliselt konstrueeritud ämbliku siidist kaelasidemed. Nende toode valmistatakse pärmi kääritamisprotsessis, mille käigus saadakse siidiproteiine, mis seejärel läbivad ekstrusiooniprotsessi, et saada kiud. See on piisavalt paljutõotav, et oleme loonud partnerluse välitootja Patagoniaga.

Kuid nagu osutab üks 2015. aasta juhtmega lugu, "on siiani kõik rühmitused, kes on üritanud toota piisavalt asju, et tuua need massiturule, alates teadlastest kuni hiiglaslike korporatsioonideni, " päris palju läbi kukkunud.

See on väljakutse, millega Shah ja tema meeskond praegu silmitsi seisavad.

"Praegu valmistame neist materjalidest mõnikümmend milligrammi ja tõmbame siis nendest kiud, " räägib ta. "Kuid me tahame proovida seda teha palju laiemas mahus."

Selleks töötab meeskond robotiseadme kallal, et kiudusid kiiremini ja suuremas mahus kui varem tõmmata ja tsentrifuugida. Neil on olnud teatavat edu, väidab Shah, ja jätkavad selle protsessi uurimist.

"Oleme alles uurimise algusjärgus, " ütleb ta.

Meeskonna leiud avaldati hiljuti ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences .

Uus kunstlik ämblik-siid: tugevam kui teras ja 98-protsendiline vesi