למשי של העכביש הצנוע יש כמה תכונות מרשימות למדי. זה אחד החומרים הקשים ביותר שנמצאים בטבע, חזקים יותר מפלדה וקשים יותר מקבלר. ניתן למתוח אותו מספר פעמים מאורכו לפני שהוא נשבר. מסיבות אלה, שכפול משי עכביש במעבדה היה מעט אובססיה בקרב מדעני חומרים זה עשרות שנים.
תוכן קשור
- שיני חלזונות מכות משי עכביש כחומר החזק ביותר של הטבע
- האם משי עכביש יכול לעצור רכבת נעה?
כעת, חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג 'יצרו חומר חדש המחקה את חוזק המשי של עכביש, מתיחות ויכולת ספיגת אנרגיה. חומר זה מציע אפשרות של שיפור במוצרי קסדות אופניים ועד מצנחים ועד מעילים אטומים למגן ועד כנפי מטוס. אולי הנכס הכי מרשים שלו? זה 98 אחוז מים.
"עכבישים הם דגמים מעניינים מכיוון שהם מסוגלים לייצר את סיבי המשי המעולים האלה בטמפרטורת החדר באמצעות מים כממיס", אומר דרשיל שאה, מהנדס במרכז החדשנות לחומרים טבעיים בקיימברידג '. "עכבישים מהתהליך הזה התפתחו במשך מאות מיליוני שנים, אך לא הצלחנו להעתיק עד כה."
הסיבים המיוצרים במעבדה נוצרים מחומר הנקרא הידרוג'ל, שהם 98 אחוז מים ושני אחוז סיליקה ותאית, ושני האחרונים מוחזקים יחד על ידי cucurbiturils, מולקולות המשמשות כ"אזיקים. "ניתן למשוך את סיבי הסיליקה והתאית. מההידרוג'ל. לאחר 30 שניות לערך המים מתאדים, ומשאירים אחריהם רק את החוט החזק והמתוח.
הסיבים חזקים במיוחד - אם כי אינם חזקים ממש כמו משי העכביש החזק ביותר - ובאופן משמעותי ניתן לייצרם בטמפרטורת החדר ללא ממסים כימיים. המשמעות היא שאם ניתן לייצר אותם בקנה מידה, יש להם יתרון על פני סיבים סינטטיים אחרים כמו ניילון, הדורשים טמפרטורות גבוהות במיוחד לסיבוב, מה שהופך את ייצור הטקסטיל לאחד התעשיות המלוכלכות בעולם. משי עכביש מלאכותי הוא גם מתכלה לחלוטין. ומכיוון שהוא עשוי מחומרים נפוצים ונגישים - בעיקר מים, סיליקה ותאית - יש לו פוטנציאל להיות משתלם.
מכיוון שהחומר יכול לספוג כל כך הרבה אנרגיה, זה יכול לשמש כמרקם מגן.
"עכבישים זקוקים לכושר הקליטה הזה מכיוון שכאשר ציפור או זבוב פוגעים ברשת שלהם, היא צריכה להיות מסוגלת לספוג את זה, אחרת זה הולך להישבר", אומר שאה. "אז דברים כמו ביגוד עמיד לרסיסים או בגדים צבאיים מגנים אחרים, זה יישום מרגש."
יישומים פוטנציאליים אחרים כוללים בד מפרש, בד מצנח, חומר בלון אוויר חם וקסדות אופניים או סקייטבורד. החומר ביולוגי תואם, כלומר ניתן להשתמש בו בגוף האדם לדברים כמו תפרים.
ניתן לשנות את הסיבים במספר דרכים מעניינות, אומר שאה. החלפת התאית בפולימרים שונים עשויה להפוך את המשי לחומר שונה לחלוטין. ניתן לשכפל את השיטה הבסיסית לייצור גרסאות בעלות חום נמוך, ללא כימיקלים-ממיסים הדרושים לבדים רבים.
"זו שיטה גנרית לייצור כל הסיבים, לייצור כל סוג של סיבים ירוקים [מלאכותיים], " אומר שאה.
שאה וצוותו רחוקים מהמדענים היחידים שעבדו ביצירת משי עכביש מלאכותי. שלא כמו תולעי משי, שניתן לטפל בהן במשי, עכבישים הם קניבלים שלא היו יכולים לסבול את המגורים הקרובים הנחוצים לחקלאות, ולכן פנייה למעבדה היא הדרך היחידה להשיג כמויות משמעותיות של החומר. כל כמה שנים מעלה כותרות על דרכים חדשות בתהליך. צוות גרמני שינה חיידקי E-coli לייצור מולקולות משי עכביש. מדענים מאוניברסיטת יוטה גידלו "עזים עכבישים" מהונדסים גנטית לייצור חלבוני משי בחלבם. צבא ארה"ב בוחן "משי דרקון" המיוצר באמצעות תולעי משי שונה לשימוש באפודים חסרי כדורים. מוקדם יותר השנה, פרסמו חוקרים ממכון קרולינסקה בשוודיה מאמר על שיטה חדשה לשימוש בחיידקים לייצור חלבוני משי עכבישים באופן אפשרי בר-קיימא וניתן להרחבה. ובאביב הזה, בוטריוט ההפעלה מבוסס קליפורניה התחיל עניבות משי מהעכביש ביו-מהנדסים בפסטיבל SXSW. המוצר שלהם מיוצר בתהליך תסיסה של שמרים המייצר חלבוני משי, אשר לאחר מכן עוברים תהליך שחול להפוך לסיבים. זה מבטיח מספיק כדי ליצור שותפות עם יצרן החוץ פטגוניה.
אך כפי שמציין סיפור Wired ב –2015, "עד כה כל קבוצה שניסתה לייצר מספיק דברים כדי להביא אותם לשוק ההמוני, מחוקרים לתאגידי ענק, נכשלה די."
זה האתגר ששאה וצוותו מתמודדים איתו כרגע.
"כרגע אנו מייצרים כמה עשרות מיליגרם של חומרים אלה ואז מושכים מהם סיבים, " הוא אומר. "אבל אנחנו רוצים לנסות לעשות את זה בקנה מידה גדול בהרבה."
לשם כך הצוות עובד על מכשיר רובוטי כדי למשוך ולסובב סיבים במהירות רבה יותר ובקנה מידה גדול מבעבר. הייתה להם הצלחה מסוימת, אומר שאה, וממשיכים לחקור את התהליך.
"אנחנו עדיין בשלבים המוקדמים של המחקר, " הוא אומר.
ממצאי הצוות פורסמו לאחרונה בכתב העת Proceedings of the National Academy of Sciences .
