نخ ابریشم

کشف راز استحکام نخ ابریشم 

دانشمندان در مؤسسه فن‌آوری ماساچوست بعضی از مهترین رازهایی که توضیح می‌دهند چرا نخ‌های ابریشم بسیار مستحکم هستند، را کشف کرده‌اند.  

آنها متوجه شده‌اند که عامل کلیدی استحکام نخ ابریشم، وجود نانوبلورهای بتا- صفحه‌ای (beta-sheet) در ساختار آنها است که با پیوند‌های هیدروژنی بهم متصل هستند.

نتایج این محققان می‌تواند منجر به ساخت مواد سنتزی شود که خواص غیرمعمول نخ ابریشم طبیعی و حتی بهتر از آن را داشته باشند.

عنکبوت‌ها و کرم‌های ابریشم متخصصان برجسته علم مواد هستند و در این زمینه می‌توانند الهام‌بخش دانشمدان باشند. نخ‌های ابریشم در بین مستحکم‌ترین مواد، قوی‌تر از فولاد بوده و در مقایسه با آن کمتر شکننده می‌باشند.

نخ‌های ابریشم از پروتئین‌هایی ساخته شده‌اند که بعضی از آنها نانوبلورهای مسطح نازکی معروف به صفحات بتا تشکیل می‌دهند. این صفحات با پیوندهای هیدروژنی به هم متصل شده‌اند.

  این محققان مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای سطح اتمی انجام داده و مکانیسم‌های شکست مولکولی در نخ ابریشم عنکبوت (تار عنکبوت) را بررسی کردند. آنها می‌گویند که این نانوبلورهای مسطح ریز قادر به بازسازی سریع پیوندهای شکست شده خود هستند.

  مارکوس بوهلر، یکی از این محققان می‌گوید: در بیشتر مواد مهندسی شده (برای مثال سرامیک‌ها) ، استحکام بالا همراه با شکنندگی است. اما در نخ ابریشم که علی‌رغم اینکه در آن اجزاء سازنده با پیوندهای ضعیف هیدروژنی (در مقایسه با پیوندهای قوی کوالانسی) بهم متصل هستند، استحکام بالایی دارد؛ چنین مطلبی صادق نیست و این موادِ مستحکم شکننده نیستند.

  دلیل این خواص این است که این اجزاء سازنده (نانوبلورهای بتا- صفحه‌ای) در ساختاری مشابه با یک بسته‌ی دراز از نان ساجی، مرتب می‌شوند. این هندسه‌ ویژه از نانوبلورهای نخ ابریشم ریز، این امکان را فراهم می‌کند که پیوندهای هیدرژنی به صورت متحد عمل کرده و زنجیرهای مجاور همدیگر را در مقابل نیروهای خارجی تقویت کنند و این منجر به استحکام بالای نخ ابریشم عنکبوت، بدون خاصیت شکنندگی می‌شود.

  یکی دیگر از یافته‌های جالب این تحقیق این است که خواص نخ ابریشم شدیداً وابسته به اندازه‌ دقیق این نانوبلورهای بتا- صفحه‌ای می‌باشد. هنگامی که اندازه این نانوبلورها سه نانومتر است، این مواد بسیار مستحکم هستند ولی اگر این نانوبلورهای تا پنج نانومتر رشد کنند، این مواد ضعیف و شکننده می‌شوند.