Най-здравият известен материал в природата вдъхновява зелената алтернатива на кевлара

Сподели

Природата е способна да произвежда материали с невероятна здравина, като паяжината е един от най-известните примери. През 2015 г. група учени направиха променящо играта откритие в тази област, демонстрирайки, че зъбите на лепкави мекотели, наречени лимпети, всъщност имат най-силната якост на опън от всеки биологичен материал. Черпейки вдъхновение от тези кремъчни зъби, екипът е произвел композитен биоматериал с изключителна здравина, който може да осигури по-устойчива алтернатива на високоефективни материали като кевлар.

Лимпите са водни охлюви с черупки във формата на шапка, които се придържат изключително добре към скалите по крайбрежните линии. Част от този крайбрежен начин на живот включва стържене със зъби по грапавите повърхности, за да събират водорасли за хранене, и тук се крият тайните на несравнимата якост на опън на съществата.

През 2015 г. изследователи от университета в Портсмут използваха атомно-силова микроскопия, за да изследват материала на зъба на кукла и да го анализират на атомно ниво. Работата разкри, че зъбите на куклата имат якост на опън от 3 до 6,5 гигапаскала (GPa). За контекст, паякообразната коприна има якост на опън от около 1,3 GPa, докато стоманата е около 1,65 GPa. Учените вярват, че причината за невероятната издръжливост на опън на зъба на лебедката е гъста мрежа от хитинови влакна с фини кристали от желязосъдържащ геотит, разпространен навсякъде.

Сега екипът е създал система, която позволява да се формират подобни структури в лабораторията, която започва със стъкло, покрито със серум, и хитин и железен оксид, отложени отгоре. След две седмици те се самоорганизират в органа, отговорен за образуването на зъбци, наречен радула. Използвайки комбинация от изолирани клетки на радула, тъканни проби, минерализиран хитин и техника, наречена електроспининг, след това учените успяха да отгледат ленти от биомиметични зъби на лимпет с ширина половин сантиметър (0,2 инча).

Биоматериал, вдъхновен от лимпет, оцветен с пруско синьо багрило

Университет на Портсмут

„Прекарах шест месеца, за да настроя този процес“, каза д-р Робин Ръмни, водещ автор на изследването. „Преминах през всякакъв вид пермутация, за която можех да се сетя, за това от какво може да се нуждаят клетките и как ще растат. Много е различно от отглеждането на бактерии или ракови клетки, които обикновено растат в лабораторна среда, така че трябваше да работим от нулата какво би проработило.”

Новият композитен биоматериал с изключителна здравина може да заеме важно място в сферата на синтетичните материали. Ако екипът успее успешно да разшири процеса, той може да предложи по-устойчива алтернатива на материали като кевлар и пластмаса, които са ресурсоемки за производство и не се рециклират толкова лесно.

„Напълно синтетичните композити като кевлар са широко използвани, но производствените процеси могат да бъдат токсични, материалите трудни и скъпи за рециклиране“, обясни Ръмни. „Тук имаме материал, който потенциално е много по-устойчив по отношение на начина, по който се добива и произвежда и в края на живота си може да бъде биоразграден.

Изследователите сега насочват вниманието си към оптимизиране на процеса и разширяването му, за да произвеждат синтетични зъби в мащаб, необходим за масово производство.

„Следващата ни стъпка е да намерим други начини за получаване на образуването на желязо, така че ние изучаваме секретите на клетките на млечните жлези, за да разберем по-добре това“, каза Ръмни. „Ако работи наистина добре, тогава вече имаме показанията на гените на органа, за да можем да извадим интересуващите ни гени и да ги поставим в бактерии или дрожди, за да ги отглеждаме в мащаб. Очевидно в момента имаме пластмасова криза в океаните и мисля, че е хубава симетрия, че можем да научим от морски създания как по-добре да ги защитим, като заменим употребата на пластмаса с биологичен заместител.”

Изследването е публикувано в списанието Nature Communications.

източник: Университет на Портсмут



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели