Článek
Vědci z Tuftsovy univerzity Silklab vzali tyto imaginární scény vážně a vytvořili první technologii navíjení sítě, ve které může tekutý materiál vystřelovat z jehly, okamžitě ztuhnout jako provázek a přilnout k předmětům a zvedat je.
Lepkavá vlákna pocházejí z kokonů můry hedvábné, která se vaří v roztoku a rozkládají se na proteiny stavebního kamene zvané fibroin. Náhodný objev pavoučích vláken překonal při replikaci několik technických problémů.
Roztok hedvábného fibroinu lze vytlačovat jehlami s úzkým otvorem a vytvořit proud, který se správnými přísadami ztuhne na vlákno, když je roztok vystavený vzduchu.
Zatím co dosáhli významného pokroku s materiály na bázi hedvábí, vědci museli ještě zopakovat jedinečné mistrovství pavouků, kteří mohou ovládat tuhost, elasticitu a adhezivní vlastnosti nití, které spřádají.
Průlom přišel čistě náhodou. „Pracoval jsem na projektu výroby extrémně silných lepidel s použitím hedvábného fibroinu, a když jsem čistil své sklo acetonem, všiml jsem si, že se na dně skla tvoří pavučinový materiál,“ řekl Marco Lo Presti, profesor výzkumu na Trsy.
Roztoky hedvábného fibroinu mohou pomalu tvořit polotuhý hydrogel po dobu několika hodin, když jsou vystaveny organickým rozpouštědlům, jako je ethanol nebo aceton, ale přítomnost dopaminu, který se používá při výrobě lepidel, umožnila proces téměř okamžitého tuhnutí.
Když se rychle přimíchalo organické rozpouštědlo, roztok hedvábí rychle vytvořil lepkavá vlákna s vysokou pevností v tahu. Dopamin a jeho polymery využívají stejnou chemii, jakou používají měkkýši.
Příroda je samozřejmě hlavní inspirací pro rozmístění vláken hedvábí do lan, sítí a kokonů.
Kapalný proud roztoku hedvábí tuhne na vlákno, přilne ke skleněné laboratorní kádince a zvedá ji.
Pavouci, mravenci, vosy, včely, motýli, můry, brouci a dokonce i mouchy mohou v určité fázi svého životního cyklu produkovat hedvábí. Příroda také inspirovala Silklab k průkopnickému použití hedvábného fibroinu k výrobě výkonných lepidel, která mohou fungovat pod vodou.
Dalším krokem bylo roztočení vláken na vzduchu. Vědci přidali do roztoku hedvábného fibroinu dopamin, který zřejmě urychluje přechod z kapaliny na pevnou látku odtahováním vody z hedvábí.
Při prostřelení koaxiální jehlou je tenký proud roztoku hedvábí obklopený vrstvou acetonu, která spustí tuhnutí. Aceton se na vzduchu odpařuje a zanechává vlákno připojené k jakémukoli předmětu, kterého se dotkl.
Výzkumníci vylepšili roztok hedvábného fibroinu a dopaminu chitosanem, derivátem hmyzích exoskeletů, který vláknům dodal až 200krát větší pevnost v tahu, a boritanovým pufrem, který zvýšil jejich přilnavost asi 18krát.
Průměr vláken se mohl měnit od průměru lidského vlasu do asi půl milimetru, v závislosti na průměru jehly.
Zařízení dokáže vystřelovat vlákna, která dokážou za různých podmínek zachytit předměty o hmotnosti přesahující 80násobek své vlastní hmotnosti. Vědci to demonstrovali tím, že ze vzdálenosti asi 12 centimetrů sebrali kokon, ocelový šroub, laboratorní trubici plovoucí na vodě, skalpel částečně zahrabaný v písku a dřevěný blok.
Přírodní pavoučí hedvábí je stále asi 1000krát pevnější než umělá vlákna v této studii. Ale s trochou přidané představivosti a inženýrství se bude inovace nadále zlepšovat a dláždit cestu pro různé technologické aplikace.
Zdroj: EurekAlert
