Mengapa sutra laba-laba lebih kuat dari baja meskipun sangat rapuh?

[iklan_1]

Sutra laba-laba telah lama dikenal sebagai material alami yang paling tahan lama. Bahkan ada spesies laba-laba yang menghasilkan sutra yang lima kali lebih kuat daripada baja, seperti laba-laba pertapa cokelat. Namun, kita juga perlu bertanya-tanya mengapa sutra laba-laba terlihat begitu rapuh tetapi memiliki daya tahan yang luar biasa. Ini juga merupakan pertanyaan yang telah membingungkan para ilmuwan , dan mereka baru saja menemukan jawabannya.

Sutra laba-laba sangat kuat, bahkan lebih kuat dari kawat baja.

Sutra laba-laba memiliki struktur yang unik

Sutra laba-laba adalah serat protein yang diproduksi dan dipintal oleh laba-laba. Mereka menggunakannya untuk membuat jaring guna menangkap mangsa atau melindungi telur dan bayi laba-laba. Struktur serat sutra yang kuat ini memungkinkan laba-laba menangkap mangsa yang ukurannya berkali-kali lipat dari mereka.

Baru-baru ini, para peneliti di Fakultas Sains Terapan, College of William and Mary, menggunakan mikroskop gaya atom untuk mengamati struktur mikroskopis serat sutra yang diciptakan laba-laba pertapa cokelat untuk melindungi telur dan menangkap mangsa. Mereka menemukan bahwa setiap helai sutra laba-laba, yang lebih tipis dari sehelai rambut manusia, sebenarnya terdiri dari ribuan nanofiber berbeda, dengan diameter hanya 20 nm dan panjang sekitar 1 μm.

Serat nano ini mungkin tampak tidak panjang, tetapi dapat meregang hingga 50 kali ukuran aslinya. Struktur ini membuat sutra laba-laba sangat kuat dan tangguh, dengan kekuatan dan daya tahan hingga 5 kali lipat lebih besar daripada batang baja berukuran sama.

Sutra laba-laba dapat meregang hingga 50 kali ukuran aslinya.

Sebelumnya, para ilmuwan di seluruh dunia telah mengklaim bahwa sutra laba-laba terbuat dari serat nano tetapi tidak ada bukti kuat sampai penemuan ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah ACS Macro Letters (USA).

Hal ini karena sutra laba-laba pertapa cokelat terbuat dari serat nano yang tersusun dalam lembaran datar, alih-alih silinder seperti kebanyakan laba-laba lainnya. Hal ini memudahkan para ilmuwan untuk mengamati mereka menggunakan mikroskop gaya atom.

Temuan ini melengkapi penelitian yang dilakukan tim pada tahun 2017, yang menunjukkan bagaimana laba-laba pertapa cokelat memperkuat sutera mereka menggunakan teknik pelintiran khusus. Layaknya mesin jahit kecil, laba-laba pertapa cokelat menenun sekitar 20 nanofiber untuk setiap milimeter sutera yang dipintalnya, memperkuat sutera agar tidak putus.

Benang sutra laba-laba "dikorbankan" untuk mempertahankan struktur keseluruhan.

Para ahli mekanika molekuler telah meneliti jaring berbagai spesies laba-laba, termasuk laba-laba taman Eropa Araneus diadematus dan laba-laba pembuat jaring Nephila clavipes. Dengan mempelajari sutra pada tingkat molekuler, mereka menemukan bahwa mereka dapat menjelaskan kekuatan jaring laba-laba.

Dr. Buehler menjelaskan bahwa serat sutra dapat "dikorbankan" untuk mempertahankan struktur keseluruhannya. "Ketika serat sutra ditarik, struktur molekulnya meregang seiring bertambahnya gaya, sehingga seratnya pun meregang," ujarnya.

Sutra laba-laba hanya putus ketika ingin mempertahankan struktur keseluruhannya.

Perubahan ini terjadi dalam empat tahap: tahap pertama, seluruh filamen diregangkan; kemudian tahap relaksasi di mana protein "terbuka". Tahap ketiga, filamen mengalami fase kaku yang menyerap gaya paling besar. Tahap terakhir sebelum filamen putus diibaratkan oleh Buehler seperti merobek selembar pita; dibutuhkan gaya yang besar juga untuk memutuskan filamen karena protein-protein tersebut disatukan oleh ikatan hidrogen yang lengket.

“Kekuatan jaring laba-laba tidak hanya bergantung pada kekuatan benang sutranya, tetapi juga pada perubahan sifat mekanisnya saat ditarik,” ujar Dr. Buehler.

Tuyet Anh (Sumber: Sintesis)

Berguna
Emosi
Kreatif
Unik
Kemarahan