Bu Perde Arkası makalesi Ulusal Bilim Vakfı ile ortaklaşa WordsSideKick.com'a verildi.
Ali Dhinojwala ve Vasav Sahni, biyolog değil, materyalistleri düşünürler. Yüzeyler, sürtünme ve yapışma üzerinde çalışırlar. Yine de, doğanın nasıl şeyler yapabildiğini anlamak bazen yaratılan yaratıklarla yakın ve kişisel olmak demektir.
Şahni, örneğin, örümcek ipeğinin yapışkanlığını tanıdıklarında, “bu alanda çalışmaktan daha seksi bir şey olmayacağını düşündük” dedi. “Küçük örümcek ile çalışmanın örümceklerle çalışmayı çok istediğini fark ettim. Büyük, korkutucu örümcekler”.
Taze örneklerin yapılması, "örümcek avının avını beklediği yeni eğrilmiş örümcek ağlarıyla çalışmaya dahil oldu" diye ekledi. "Sonra, çalıştığım örümceklerin zehirli olmadığını, beni biraz sakinleştirdiği konusunda bilgilendirildim."
Örümcek ağıyla doğrudan temas eden herkes, ne kadar yapışkan olduğunu bilir, örümceğin, miğde içindeki bezlerden birinden ürettiği yapıştırıcı benzeri bir maddenin sonucu. Ancak, yakın zamana kadar, bilim adamları tutkalın nasıl davrandığını anlamadılar.
Ohio'daki Akron Üniversitesi'nde polimer bilimi bölümü profesörü ve başkanı olan Dhinojwala ve burada doktora adayı olan Sahni, biyoloji profesörü Todd Blackledge ile birlikte, mikroskopik maddenin özelliklerini anlamaya çalışmak için bir araya geldi. - örümceklerin çökeltilerinin yuvarlak halkalar boyunca dolanması, ağlarının bir parçası olarak dönerler. Bu damlacıklar - tek bir saçın çapından üç kat daha ince - örümceklerin yediği sinekleri ve diğer böcekleri yakalarlar.
Dhinojwala, "Bu sadece yapışkanlık değil," dedi. “Yapıştırmayı daha iyi anlamak istedik - ne kadar esnek? Ne kadar esnek? Amaç, neyin oluşturulduğunu değil, nasıl davrandığını ve neden bu kadar yapışkan olduğunu belirlemekti”.
Damlalar, fiziksel olarak veya kimyasal olarak çapraz bağlanan ve kuvvetleri çok verimli bir şekilde ileten yüksek derecede dolaştırılmış polimerlerden oluşur. Bir mikroskop altında, araştırmacılar kuvvet uzatma davranışlarını ölçerken bireysel tutkal damlalarını çekti - küçük bir prob kullanarak yapmak kolay değil.
Malzemeyi, hızlı uçan uç böcekleri yakalamak için hem viskoz hem de elastik, değerli özellikler buldular - ve kurbanların örümcek için yeterince uzun süre mahsur kalmasını ve onları yutmasını sağladılar.
Malzemenin kıvamı ne sıvı ne de bal gibi, hatta aptal macun gibi değildir. Dhinojwala, "Sakız gibi hissediyor," dedi. "Sadece germe ve gerilmeye devam ediyor."
Ayrıca suya dayanıklıdır, çünkü örümcekler yağmur gibi nemli koşullarda çalışırlar. Dhinojwala, aslında, malzemenin nemsiz bir şekilde yapışkanlığını yitirdiğini belirtti. “Su üzerine bir kez koyduğunuzda yapışkan olmayan yapışkan banttan farklı olarak,” dedi. "Bu yapıştırıcının yapışkan olması için suya ihtiyacı var."
Araştırmacılar, yeni biyo-yapıştırıcıların geliştirilmesinde, özellikle de su ile temas ettiğinde yapışkanlıklarını korumak zorunda olan diğer ürünlerde, özellikle de uygulamada önemli uygulamalara sahip olacaklarını umuyorlar. Dhinojwala, "Bazen bandajlarınızın su altında çalışmasını istiyorsunuz," dedi. "Ayrıca, su altında bir şeyler eklemek istediğimiz zamanlar da vardır. Su her zaman yapıştırıcılarla ilgili bir problemdir. Ama bu su altında tutabilir."
Araştırmacılar, ağaçlarda ve otlarda yaygın olarak bulunan sadece orb-dokuma örümceklerini incelediler. İsminden de anlaşılacağı gibi, orb benzeri bir ağı çeviriyorlar - yani, bir daire şeklinde bir ağ, konuşmacı ve halkalar.
Örümcekler, ağı oluşturan proteinleri salgılamak için midelerinde farklı bezler kullanırlar. Köpüğün ipliği - ağın gücünü sağlar - ana ampullate olarak bilinen bir salgı bezinden gelir. Her örümceğin bunlardan ikisi var.
Dhinojwala, "Bu iplik gücüyle iyi bilinir," dedi. "Çok fazla kiloyu destekler. Ağırlığa göre, ipek çelikten daha güçlüdür."
Sahni, araştırmacıların örümcek ipeğinin özelliklerini karşılaştırabilecek sentetik bir şey bulmaya çalıştıklarını hatırlıyor. "Söylemeye gerek yok, biz başarısız" dedi.
Tutkalın yerleştirildiği daireler - küçük ampullate bezinden gelir. Her örümceğin de bunlardan ikisi var.
Dhinojwala, "Maddeye sarmal ipek denir ve amacı böcekleri yakalamaktır, bu yüzden yapışkandır." Dedi. “Spiral ipeğe bir mikroskop altında bakarsanız, bu küçük damlaları göreceksiniz - tutkal.” Damlalar, agregat bezi olarak bilinen başka bir bezden gelir. Her örümceğin bunlardan dördü var.
Sahni korkusunu aştığında, deneyler için örümcek avlamak için saha gezilerine çıktı. “Laboratuarımıza getirmek için örümcek avlamak için yapılan doğa gezileri, doğa korumaları vb. Bir şeydi, ben biyolog olmayan, hiç bir zaman maruz kalmamıştım ve bundan dolayı çok keyif aldım” dedi.
Dhinojwala, "Vasav buraya geldiğinde örümceklerle çalışacağına dair bir ipucu yoktu," diye ekledi. "Polimerlerle çalışmaya geldi. Örümceklerden çok korkuyordu - hiç birine dokunmadı ya da bir ele geçirmedi. İçgüdüsü kaçmaktı. Şimdi köprünün altından geçiyor ve onları yakalıyor. O meraklı bir adam ve merakı korkusunu aştı.
Nitekim, örümcekler ağlarını laboratuardaki bir kutuya çevirdi ve "örnekleri topladık" diyordu."Örümcek ağını bir cam levhaya koyduk ve ufak bir sonda kullandık ve onu çekmek için ne kadar güç gerektiğini ölçtük. Güç ve esnekliği - sadece yapıştırma gücünü değil, ne kadar esnek ve esnek olduğunu test ettik. Yapışkanlık için kritik olan ve yapışmayı anlamadaki en önemli şeydi. "
Ulusal Bilim Vakfı çalışmalarını ve son zamanlarda Nature Communications dergisinde ortaya çıkan bulguları finanse etti.
Dhinojwala ve meslektaşları, doğanın kendi yapışkanlarını nasıl ürettiğine uzun zamandır ilgi duyuyorlardı. Gecko kertenkelesinin tutkal benzeri bir madde kullanmadan yüzeylere yapışabildiğini ve şu anda gecko araştırmasından esinlenerek sentetik materyaller oluşturduğunu öğrenmiştir. “Geckos'tan öğrendiklerimize dayanarak yapıştırıcı içermeyen şeritler tasarladık” dedi.
“Örümcek ne yaparsa en iyi evrimdir” diye ekledi. "Doğayı etkin bir şekilde kullanarak hayatta kalmayı başardılar. Doğanın bu materyalleri nasıl kullandığını daha çok öğreniyoruz, bundan yararlanacak daha iyi konum ve öğrendiklerimize dayanarak şeyleri tasarlayacağız."
Şahni aynı fikirde. “Biz, biyolog olmayanlar, bir örümceği ören bir örümcek gördüğümüzde ya da avını yakaladığımızı gördüğümüzde bile heyecanlıyız” dedi. "Bu alandaki ilgi ve çekicilik, bizlere herşeyi ve herşeyi sormak ister."
Proje hakkında daha fazla bilgi edinin ve buradaki çalışma hakkında bir sesli slayt gösterisi izleyin.
Editörün Notu: Bu araştırma, tüm bilim ve mühendislik alanlarında temel araştırma ve eğitimi finanse etmekle görevli federal kurum olan Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından desteklenmiştir. Bu materyalde ifade edilen herhangi bir görüş, bulgu, sonuç veya tavsiye, yazara aittir ve Ulusal Bilim Vakfının görüşlerini yansıtmaz. Sahnelerin Arşivi Arşivi'ne bakın.