Örümcek ipeği çok kırılgan olmasına rağmen neden çelikten daha güçlüdür?

Örümcek ipeği uzun zamandır inanılmaz derecede dayanıklı doğal malzeme olarak biliniyor. Kahverengi reclusa örümceği gibi, çelikten beş kat daha güçlü ipek üreten örümcek türleri bile var. Ancak, bu kadar kırılgan görünen örümcek ipeğinin neden bu kadar dayanıklı olduğunu da merak etmek gerek. Bu da bilim insanlarını şaşırtan bir soru ve cevabını ancak yakın zamanda buldular.

Örümcek ipeği çok sağlamdır, çelik telden bile daha sağlamdır.

Örümcek ipeğinin kendine özgü bir yapısı vardır.

Örümcek ipeği, örümceklerin üretip ördüğü bir protein liftir. Örümcekler, avlarını yakalamak veya yumurtalarını ve yavru örümceklerini korumak için ağlar oluştururlar. Bu ipek liflerinin güçlü yapısı, örümceklerin kendilerinden çok daha büyük avları yakalamalarını sağlar.

Son zamanlarda, William ve Mary Koleji'ndeki (ABD) araştırmacılar, kahverengi keşiş örümceklerinin yumurtalarını korumak ve avlarını yakalamak için oluşturdukları ipek liflerinin mikro yapısını incelemek için atomik kuvvet mikroskobu kullandılar. İnsan saçından daha ince olan her örümcek ipeği telinin aslında yalnızca 20 nm çapında ve yaklaşık 1 μm uzunluğunda binlerce farklı nanofiberden oluştuğunu keşfettiler.

Bu nano lifler uzun görünmese de, orijinal boyutlarının 50 katından fazla uzayabilirler. Bu yapı, örümcek ipeğini çok sağlam ve güçlü kılar; aynı boyuttaki bir çelik çubuktan 5 kata kadar daha fazla mukavemet ve dayanıklılık sunar.

Örümcek ipeği orijinal boyutunun 50 katına kadar uzayabilir.

Daha önce dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları örümcek ipeğinin nanofiberlerden yapıldığını iddia etmiş ancak bu keşif ACS Macro Letters (ABD) adlı bilimsel dergide yayımlanana kadar bu konuda somut bir kanıt bulunamamıştı.

Bunun nedeni, kahverengi keşiş örümceğinin ipeğinin, diğer çoğu örümcek gibi silindirik bir düzende değil, düz bir dizi halinde düzenlenmiş nanofiberlerden oluşmasıdır. Bu, bilim insanlarının onları atomik kuvvet mikroskobu kullanarak gözlemlemesini kolaylaştırır.

Bu, ekibin 2017 yılında yürüttüğü ve kahverengi münzevi örümceklerin özel bir ilmek tekniği kullanarak ipeklerini nasıl güçlendirdiğini gösteren araştırmaya katkıda bulunuyor. Küçük bir dikiş makinesi gibi, kahverengi münzevi örümcekler de eğirdikleri her milimetre ipek için yaklaşık 20 nano iplik örerek ipliğin kopmasını engelliyor.

Örümcek ipeğinin tek bir teli, genel yapının korunması için "feda edilir".

Moleküler mekanik uzmanları, Avrupa bahçe örümceği Araneus diadematus ve ağ ören örümcek Nephila clavipes de dahil olmak üzere farklı örümcek türlerinin ağlarını incelediler. İpeği moleküler düzeyde inceleyerek, örümcek ağlarının dayanıklılığını açıklayabileceklerini keşfettiler.

Dr. Buehler, genel yapıyı korumak için tek tek ipek liflerinin "feda edilebileceğini" açıklıyor. "Bir ipek lifi çekildiğinde, kuvvet arttıkça moleküler yapısı gerilir ve lif gerilir," diyor.

Örümcek ipeği ancak genel yapısını korumak istediğinde kopar.

Bu değişim dört aşamada gerçekleşir: önce tüm filament gerilir; ardından proteinlerin "açıldığı" bir gevşeme aşaması gerçekleşir. Üçüncü aşamada, filament en fazla kuvveti emen sert bir faza girer. Filamentin kopmasından önceki son aşama, Buehler tarafından bir bant parçasını koparmaya benzetilir; proteinler yapışkan hidrojen bağlarıyla bir arada tutulduğu için filamenti koparmak da büyük bir kuvvet gerektirir.

Dr. Buehler , “Bir örümcek ağının dayanıklılığı yalnızca ipek ipliğinin dayanıklılığından değil, aynı zamanda çekildiğinde mekanik özelliklerinin nasıl değiştiğinden de kaynaklanır” dedi.

Tuyet Anh (Kaynak: Sentez)

Kullanışlı
Duygu
Yaratıcı
Eşsiz
Öfke