شاید گمان کنید این سناریو مستقیماً از صفحات یک کتاب کمیک خارج شده است: یک قطره مایع ابریشم که در کسری از ثانیه به یک ریسمان چسبان و فوق‌العاده قوی متحول می‌شود، به حدی که می‌تواند اجسامی تا ۸۰ برابر وزن خود را به بالا بکشد. تیمی از محققان با الهام‌گیری از شخصیت افسانه‌ای مرد عنکبوتی، این فناوری نوین ریسمان‌محور را از رویای علم‌تخیلی به واقعیتlaboratory آورده‌اند.

این پیشرفت علمی، که گزارش آن در نیو اتلس منتشر شده، بدون شک خیال‌پردازان را به شوق می‌آورد. اگرچه پرواز بین ناطحات‌خیابان با تار و پودار هنوز در حوزه الخیال علمی باقی مانده، اما با ظهور این الیاف هوشمند، فاصله بین تخیل و عمل به شدت کوتاه شده است.

🔗 بیشتر بخوانید: گمان تایید ETFهای اسپات اتریوم تا «نیمه جولای»_دوپلر

دانشمندان آزمایشگاه ابریشم در دانشگاه تافتس (Tufts University) در ایالات متحده، برای نخستین بار یک سیستم «تاراندازی» مصنوعی طراحی کرده‌اند که در آن یک پرتابه مایع از لوله‌ای در اندازه سوزن، تقریباً در لحظه تماس با هوا، به یک ساختار جامد و چسبان تبدیل می‌شود. این مکانیزم نه تنها به سطوح مختلف می‌چسبد، بلکه قدرت برداشت قابل‌توجهی نیز دارد.

هدف اصلی محققان، حذف مرزهای خیال و عمل است. در این مرکز تحقیقاتی، مواد طبیعی به عنوان «مواد زنده» تلقی می‌شوند. الهام‌سازی دوگانه از طبیعت و آثار ادبی علم‌تخیلی، منجر به تولیدمثل یک ماده ابریشم شده که رفتار دقیق تارهای طبیعی عنکبوت و هم‌زمان تصور نویسندگان کمیک را در یک بستر واحد محقق می‌سازد.

🔗 بیشتر بخوانید: کهکشان بچه قورباغه از هابل_دوپلر

سازماندهی مولکولی: راز قدرت ریسمان‌های مصنوعی

مبنای ساخت این ریسمان‌های چسبان، پیله کرم ابریشم است. با جوشاندن این پیله‌ها در محلول‌های مخصوص، پروتئین‌های فیبروین (Fibroin) استخراج و جدا می‌شوند. سپس این مایع پروتئینی از طریق یک سوزن باریک خارج شده و در مواجهه با هوا و با کمک افزودنی‌های خاص، بلافاصله جامد می‌شود تا یک تار مقاوم شکل گیرد.

چرا کرم ابریشم به جای عنکبوت؟ اگرچه تار عنکبوت نمونه ایده‌آل است، اما پیچیدگی ساختاری بالا و دشواری کسب مواد خام آن، مقیاس‌پذیری را مشکل می‌سازد. ابریشم کرم Eigenschaften مکانیکی مشابهی دارد اما فرآیند تولید آن ساده‌تر و کنترل‌پذیرتر است.

شاید جالب باشد بدانید که ریشه این کشف، یک تصادف در лабораторی بوده است. یکی از پژوهشگران در حین کار بر روی چسب‌های قوی بر پایه فیبروین، با استفاده از استون برای تمیز کردن عینک خود، متوجه شکل‌گیری یک ماده تارمان در کاسه عینک شد. این مشاهده کلید حل معضل زمان‌بر شدن تبدیل مایع به هیدروژل بود.

محققان متوجه شدند که فیبروین در تماس با حلال‌های ارگانیک (مانند اتانول یا استون) به آرامی به هیدروژل نیمه‌جامد تبدیل می‌شود. اما با افزودن دوپامین (همان نوروترانسمیتر مسئول حس خوب)، این فرآیند تقریبا آنی اتفاق می‌افتد. ادغام پرکننده‌هایی مانند کیتوسان یا حائل بورات، منجر به ایجاد یک هیدروژل تارمان، چسبان، کشسان و با استحکام کششی بالا گردید.

در تست‌های عملیاتی، این ریسمان‌های «مرد عنکبوتی» توانستن اجسامی بیش از ۸۰ برابر وزن خود را بلند کنند. نمونه‌های آزمایشی شامل برداشتن یک پیله فلزی، یک میخ فولادی، یک لوله آزمایش معلق بر آب، یک چاقوی جراحی نهفته در خاک و یک تکه چوب از فاصله ۱۲ سانتی‌متری بود.

هریک از محققان کاربردهای گسترده‌ای برای این فناوری پیش‌بینی می‌کنند. از جمله حوزه‌های هدف: مهندسی بافت‌های زیستی، سیستم‌های هدفمند انتقال دارو، بیومتریال‌ها و نسل جدید چسب‌های پزشکی و صنعتی. با وجود اینکه resistencia مکانیکی این ریسمان‌های مصنوعه هنوز به سطح تارهای طبیعی عنکبوت (که تا ۱۰۰۰ برابر مقاوم‌ترند) نرسیده، اما تیم علمی مصمم است با بهینه‌سازی فرآیند، این شکاف را پر کند.

نتایج کامل این پژوهش پیشگامانه در ژورنال معتبر Advanced Functional Materials منتشر گردیده است.