هر کودکی که کتاب کمیک مرد عنکبوتی را خوانده یا فیلم آن را تماشا کرده است، احتمالا تلاش کرده تا تصور کند که شلیک تار عنکبوت از مچ دست، پرواز بر فراز خیابان‌ها و شناسایی افراد شرور چگونه خواهد بود، اما پژوهشگران «دانشگاه تافتس» (Tufts University) این صحنه‌های خیالی را جدی گرفتند و اولین فناوری پرتاب تار عنکبوت را ابداع کردند که در آن یک ماده سیال می‌تواند از سوزن پرتاب شود، بلافاصله به شکل یک ریسمان جامد درآید، به اشیا بچسبد و آنها را بلند کند.

به نقل از وب‌سایت رسمی دانشگاه تافتس، این الیاف چسبنده که در آزمایشگاه «سیلک‌لب» (Silklab) دانشگاه تافتس ابداع شده‌اند، از پیله‌های کرم ابریشم به دست آمده‌اند که در محلول جوشانده شده و به پروتئین‌های سازنده به نام فیبروئین تجزیه شده‌اند. محلول فیبروئین ابریشم را می‌توان از سوزن‌های باریک پرتاب کرد و جریانی را تشکیل داد که با افزودنی‌های مناسب، هنگام قرار گرفتن در معرض هوا به الیاف تبدیل می‌شود.

اگرچه این گروه پژوهشی به پیشرفت قابل توجهی در کار کردن با مواد مبتنی بر ابریشم دست یافتند، اما هنوز نتوانسته‌اند تسلط عنکبوت‌ها را تقلید کنند. عنکبوت می‌تواند سفتی، کشش و چسبندگی تار‌های پرتاب‌شده را کنترل کند.

این پیشرفت کاملا تصادفی به دست آمد. «مارکو لو پرستی» (Marco Lo Presti) دانشیار دانشگاه تافتس گفت: من روی پروژه‌ای کار می‌کردم که در آن با استفاده از فیبروئین ابریشم، چسب‌های بسیار قوی می‌ساختم. یک روز در حالی که ظروف شیشه‌ای خود را با استون تمیز می‌کردم، متوجه شدم یک ماده شبیه به تار عنکبوت در کف شیشه شکل می‌گیرد.

این کشف تصادفی بر چندین چالش مهندسی برای تکثیر تار‌های عنکبوت غلبه کرد. محلول‌های فیبروئین ابریشم می‌توانند به آرامی یک هیدروژل نیمه‌جامد را به مدت چند ساعت در معرض حلال‌های آلی مانند اتانول یا استون تشکیل دهند، اما وجود دوپامین که در ساخت چسب‌ها استفاده می‌شود، باعث شد فرآیند انجماد تقریبا بلافاصله انجام شود. هنگامی که محلول شستشو به سرعت با حلال آلی مخلوط شد، محلول ابریشم به سرعت الیافی را با مقاومت کششی و چسبندگی بالا ایجاد کرد.

پژوهشگران در مرحله بعد، دوپامین را به محلول فیبروئین ابریشم اضافه کردند که به نظر می‌رسد با دور کردن آب از ابریشم، انتقال از حالت مایع به حالت جامد را تسریع می‌کند. هنگامی که محلول از یک سوزن پرتاب می‌شود، یک جریان نازک از آن در میان لایه‌ای از استون قرار می‌گیرد که باعث انجماد می‌شود. استون در هوا تبخیر می‌شود و تار را به هر جسمی که با آن در تماس قرار می‌گیرد، متصل می‌کند. پژوهشگران محلول فیبروئین-دوپامین ابریشم را با «کیتوسان» به‌دست‌آمده از اسکلت بیرونی حشرات تقویت کردند که به الیاف تا ۲۰۰ برابر استحکام کششی بیشتری می‌دهد و سپس «بافر بورات» را به آن افزودند که چسبندگی را حدود ۱۸ برابر افزایش می‌دهد. قطر الیاف بسته به سوراخ سوزن می‌تواند از قطر موی انسان تا حدود نیم میلی‌متر متغیر باشد.

«فیورنزو اومنتو» (Fiorenzo Omenetto) استاد مهندسی دانشگاه تافتس و مدیر سیلک‌لب گفت: ما به عنوان دانشمندان و مهندسان، مرز بین تخیل و آزمایش را طی می‌کنیم. اینجاست که جادو اتفاق می‌افتد. ما می‌توانیم از طبیعت الهام بگیریم. ما می‌توانیم از کمیک‌ها و داستان‌های علمی-تخیلی الهام بگیریم. در این مورد، ما می‌خواستیم مواد ابریشمی خود را مهندسی معکوس کنیم تا رفتاری داشته باشد که طبیعت در ابتدا آن را طراحی کرده و نویسندگان کتاب‌های کمیک آن را به تصویر کشیده‌اند.

این پژوهش در مجله «Advanced Functional Materials» به چاپ رسید.

منبع: ایسنا