2023 Avtor: Sophia Otis | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-05-21 01:53
CAMBRIDGE, Massachusetts - Kot vlakno je pajkova svila tako zaželena, da so znanstveniki desetletja poskušali najti način, kako jo posnemati. Ekipa na MIT se je problema lotila iz dveh smeri.
"Glavni cilj je biti sposoben reproducirati ogromno absorpcijo energije in lastnosti trdnosti pajkove svile," je povedala Paula T. Hammond, izredna profesorica na oddelku za kemijsko inženirstvo MIT. "[Želimo] pridobiti material v velikih količinah in poceni … brez tehnik DNK, ki so drage."
Hammondova podiplomska študenta Greg Pollock in LaShanda James-Korley sta predstavila prispevke o raziskavi na nacionalnem srečanju American Chemical Society 23. in 27. marca. Delo je del skupnega prizadevanja Hammonda in profesorja Garetha McKinleyja z Oddelka za strojništvo.
Poudarek dela je na ustvarjanju materialov, ki bi lahko ustvarili vlakna visoke trdnosti, potrebna za umetne kite, posebne tekstilije in lahko neprebojno opremo. Lahek, trden material, kot je pajkova svila, bi bil idealen. Toda za razliko od ovc ali sviloprejk pajkov ni mogoče zapreti skupaj ali vzrejati kot skupina, zaradi česar jih je težko udomačiti. "So teritorialni in kanibalistični," je pojasnil Pollock. Zato zanimanje znanstvenikov za proizvodnjo umetnih vlaken s podobnimi lastnostmi kot pajkova svila.
Pajkova svila je znana kot polimer z dvema različnima izmenično območjema. Ena regija je mehka in elastična; drugi tvori majhne, trde kristalite. Domneva se, da je ta nenavadna struktura v veliki meri odgovorna za izjemne lastnosti pajkove svile.
Raziskovalci MIT želijo izdelati vrsto različnih sintetičnih polimerov in preučiti, kako spremembe v kemičnih strukturah polimerov vplivajo na fizikalne lastnosti. Ta raziskava poteka vzporedno z raziskavo, ki se osredotoča na tehnike obdelave, ki bodo ohranile nenavadne lastnosti proizvedenih materialov.
Znanstveniki v Nexii, majhnem startup podjetju, so uspeli pobrati pajkovo svilo iz mleka gensko spremenjenih koz, a kot je pojasnil Pollock, ta vrsta rešitve problema ne reši v celoti. "To je čudovito delo," je rekel, "toda nihče ni zares ugotovil, kaj je narava naredila in zakaj deluje.
"Poskušamo razumeti razmerja med strukturo in lastnostmi tako, da ustvarimo lasten material z mehanizmom za žilavost in vidimo [ali] strukturne enote proizvajajo žilavost na enak način, kot aminokisline v pajkovi svili proizvajajo žilavost, " je nadaljeval.
Delo Jamesa-Korleyja se osredotoča na mehki segment pajkove svile. Predlagano je, da ima ta mehki del dve različni regiji, od katerih je ena nekoliko trša od druge, ker so polimerna vlakna delno poravnana. Če je ta ideja pravilna, ima pajkova svila dejansko tri različne faze: trdo, mehko in vmesno. Trdi segmenti zasidrajo delno poravnana področja in jih držijo na mestu v matriki iz mehkega materiala.
James-Korley je poskušal izdelati materiale s takšno strukturo, da bi preizkusil to hipotezo. Preučevala je polimere mehkega segmenta, izdelane z dvema različnima vrstama materialov, v upanju, da bosta materiala tvorila ločene faze, kot se mešata olje in voda. Ko bodo njeni dvofazni mehki segmenti združeni s trdim segmentom, bo imela trifazni material, za katerega upa, da bo lahko posnemal nekatere lastnosti pajkove svile.
Pollock preučuje drugačen strukturni element? vmesnik med kristaliti v pajkovi svili in mehko regijo okoli njih. To, kako vmesni material drsi mimo kristalitov, ne da bi se umaknil od njih, je lahko ključ do žilavosti pajkove svile.
Poskuša zgraditi trde, kristalne dele polimera, ki vključujejo dva različna materiala. Ko njegovi polimerni odseki kristalizirajo, bo en material tvoril večino kristalitov, drugi pa tanke plasti na zunanji strani kristalitov. Slednji v bistvu tvori vmesnik med trdimi kristaliti in okoliškim mehkim materialom. Pollock upa, da bo lahko s spreminjanjem vrst materialov, ki jih uporablja, preučil učinek vmesnega materiala na žilavost celotnega polimera.
Delo Jamesa-Korleyja in Pollocka je del večjega skupnega prizadevanja, ki vključuje nov proces predenja, ki lahko pomaga pri ustvarjanju trajnih vlaken iz njihovih polimernih materialov. Ta proces, imenovan predenje smole, je bil razvit v laboratoriju McKinley in ga podrobno preučuje podiplomski študent Nikola Kojic.
To delo financira Inštitut ameriške vojske za vojaške nanotehnologije. James-Korley financira tudi Lucent Technologies Cooperative Fellowship.
