De ce este mătasea de păianjen mai rezistentă decât oțelul, în ciuda faptului că este foarte fragilă?

Mătasea de păianjen este cunoscută de mult timp ca fiind cel mai incredibil de durabil material natural. Există chiar și specii de păianjen care produc o mătase de cinci ori mai rezistentă decât oțelul, cum ar fi păianjenul reclusa brun. Dar trebuie să ne întrebăm și de ce mătasea de păianjen, care arată atât de fragilă, este atât de incredibil de durabilă. Aceasta este, de asemenea, o întrebare care i-a nedumerit pe oamenii de știință , iar aceștia au găsit răspunsul abia recent.

Mătasea de păianjen este foarte rezistentă, chiar mai rezistentă decât sârma de oțel.

Mătasea de păianjen are o structură unică.

Mătasea de păianjen este o fibră proteică pe care păianjenii o produc și o țes. O folosesc pentru a crea pânze pentru a prinde prada sau pentru a-și proteja ouăle și puii de păianjen. Structura puternică a acestor fibre de mătase permite păianjenilor să captureze prada de multe ori mai mare decât ei.

Recent, cercetătorii de la Colegiul William și Mary (SUA) au folosit microscopia cu forță atomică pentru a observa microstructura fibrelor de mătase pe care păianjenii pustnici bruni le creează pentru a-și proteja ouăle și a prinde prada. Ei au descoperit că fiecare fir de mătase de păianjen, mai subțire decât un fir de păr uman, este de fapt alcătuit din mii de nanofibre diferite, cu un diametru de doar 20 nm și o lungime de aproximativ 1 μm.

Aceste nanofibre pot părea lungi, dar se pot întinde de peste 50 de ori mai mult decât dimensiunea lor originală. Această structură face ca mătasea de păianjen să fie foarte dură și rezistentă, cu o rezistență și o durabilitate de până la 5 ori mai mari decât o bară de oțel de aceeași dimensiune.

Mătasea de păianjen se poate întinde de până la 50 de ori mai mare decât dimensiunea sa originală.

Anterior, oamenii de știință din întreaga lume susținuseră că mătasea de păianjen este fabricată din nanofibre, dar nu au existat dovezi solide până la publicarea acestei descoperiri în revista științifică ACS Macro Letters (SUA).

Asta pentru că mătasea păianjenului pustnic brun este alcătuită din nanofibre aranjate într-o rețea plată, mai degrabă decât într-un model cilindric, ca majoritatea celorlalți păianjeni. Acest lucru facilitează observarea lor de către oamenii de știință folosind microscopia cu forță atomică.

Aceasta contribuție se adaugă cercetărilor efectuate de echipă în 2017, care demonstrează cum păianjenii pustnici bruni își întăresc mătasea folosind o tehnică specială de buclare. Asemenea unei mașini de cusut minuscule, păianjenii pustnici bruni țes aproximativ 20 de nano-fire pentru fiecare milimetru de mătase pe care îl toarcă, întărind firul astfel încât să nu se rupă.

Un singur fir de mătase de păianjen este „sacrificat” pentru a menține structura generală.

Experții în mecanică moleculară au examinat pânzele diferitelor specii de păianjen, inclusiv păianjenul de grădină european Araneus diadematus și păianjenul țesător de pânze Nephila clavipes. Studiind mătasea la nivel molecular, au descoperit că pot explica rezistența pânzelor de păianjen.

Dr. Buehler explică faptul că fibrele individuale de mătase pot fi „sacrificate” pentru a menține structura generală. „Când o fibră de mătase este trasă, structura sa moleculară se întinde pe măsură ce forța crește, întinzând fibra”, spune el.

Mătasea de păianjen se rupe doar atunci când vrea să-și mențină structura generală.

Această schimbare are loc în patru etape: mai întâi, întregul filament este întins; apoi, o fază de relaxare în care proteinele se „desfășoară”. În al treilea rând, filamentul trece printr-o fază rigidă care absoarbe cea mai mare forță. Etapa finală, înainte ca filamentul să se rupă, este comparată de Buehler cu ruperea unei bucăți de bandă adezivă; de asemenea, este nevoie de o forță mare pentru a rupe filamentul, deoarece proteinele sunt ținute împreună prin legături de hidrogen lipicioase.

„Rezistența unei pânze de păianjen nu se datorează doar rezistenței firului de mătase, ci și modului în care proprietățile sale mecanice se schimbă atunci când este trasă”, a spus dr. Buehler.

Tuyet Anh (Sursa: Synthesis)

Util
Emoţie
Creativ
Unic
Mânie