الگوبرداری از طبیعت برای ساخت مواد جدید

تصویر خیره کننده یی که مشاهده می کنید مسلماً برنده جایزه زیبایی نخواهد شد، اما ممکن است بخش های دهانی بسیار محکم این کرم بتواند کلید ساخت و توسعه نوع جدیدی از مواد برای فضاپیماها و هواپیماها باشد.

این کرم که کرم ماسه نامیده می شود با استفاده از آرواره ها و اندام انبرمانند خود در رسوب های آب های کم عمق آتلانتیک شمالی حفاری می کند. آرواره های این کرم از 90 درصد پروتئین تشکیل شده است که برای نفوذ به درون رسوب ها و خم شدگی مقاوم تر از انگشتان انسان نیست، اما این پروتئین با فلز مسلح و محکم شده و بدین ترتیب ماده یی ایجاد می کند که سه برابر محکم تر و سخت تر از پلیمرهای ساخت بشر است. «کریس برومل» که زیست شناس مولکولی از دانشگاه سانتا باربارای کالیفرنیا است، زمانی که دانشجوی دوره دکترا بود، ماهیت انبرک های این کرم را کشف کرد. وی و همکارانش دریافتند که آرواره این کرم دارای مقدار بسیار بالایی از یک نوع آمینواسید به نام هیستیدین است. این ماده با مقدار کمی روی در آن، می تواند مانند یک چسب عمل کند و مولکول های هیستیدین پروتئین های مجاور را به هم محکم کند. این اتصال های بین پروتئینی یک ساختار مشبک را ایجاد می کنند که باعث استحکام آرواره کرم می شود.

«برومل» می گوید مواد ساخت انسان را می توان با الهام گیری از فرآیند موجود در آرواره این کرم تقویت و محکم کرد. تغییر در مقدار فلز باعث تغییر استحکام ماده می شود. وی در این باره می گوید؛ «با تعدیل، کم کردن یا افزایش مقدار فلز، می توان خواص ماده را تغییر داد. بدین معنی که ما می توانیم خواص ماده را براساس روش های ارزان و ساده تنظیم کنیم، بدون آنکه مشتقات سمی زیادی ایجاد شود.» از نظر تئوری می توان معماری مواد آرواره را تقلید کرد. بدین صورت که پلیمرها را با مولکول های ارگانیک که می تواند به یون های فلزی متصل شود، بارگذاری کرد. به این ترتیب پلیمرهایی با خواص مشابه بسیار محکم تولید می شود. «آنتونی واس» از دانشگاه میشیگان که روی تقویت پلیمرها با استفاده از نانوذرات فعالیت می کند، می گوید؛ «تقلید از معماری آرواره کرم، روشی جدید برای استحکام بخشیدن به مواد است.» وی در ادامه می افزاید؛ «هنوز زود است در مورد کاربردهای آن صحبت کرد، زیرا هنوز در مورد خواص مواد آرواره این کرم، اطلاعات کافی در دسترس نیست.»

تاکنون «برومل» و همکارانش فقط توانسته اند استحکام آرواره کرم را با استفاده از مقاومت آن در مقابل فشار اندازه گیری کنند. آنها هنوز نمی دانند چه مقدار فشار باید وارد شود تا دندان ها شکسته شود، یا بعد از چه مقدار فشار از حالت طبیعی خارج می شوند. مشکل اینجاست که آرواره های نیش مانند فقط چند میلیمتر طول دارند و حالت هندسی آنها اجازه این اندازه گیری ها را نمی دهد. این گروه امیدوار است با ساخت نمونه مصنوعی دندان ها خواص دیگر آرواره ها را مورد آزمایش قرار دهد تا کاربردهای بالقوه آنها را مشخص کند.

منبع: اعتماد