Silkki on älykkäästi suunniteltu

 

Kuva: Reflexperience/Shutterstock

Joel Kontinen

 Silkkiäistoukkien silkin liuottaminen ja uudelleenvalmistus sokerin, sinkin ja rautametalli-ionien liuokseen on tehnyt siitä vahvemman kuin useimmat hämähäkkisilkit, jotka ovat yksi luonnon kovimmista ja vahvimmista materiaaleista.

 On olemassa erilaisia ​​tapoja valmistaa keinotekoista hämähäkkisilkkiä, joista useisiin liittyy silkkiäistoukkien silkin liuottaminen. Silkkiäistoukkien tuottama lanka on heikompaa, mutta helpommin tuotettavaa. Se ei kuitenkaan usein pysty jäljittelemään hämähäkin verkon lankojen epätavallisia mekaanisia ominaisuuksia.

 Nyt Lin Zhi Tianjinin yliopistosta Kiinasta ja hänen kollegansa ovat kehittäneet menetelmän, joka vahvistaa silkkiäistoukkien silkkiä liuottamalla sitä ensin joko natriumkarbonaattiin tai papaijasta peräisin olevaan entsyymiin, ja sitten pyörittämällä sitä uudelleen sokeri-etanoli -seoksessa, jossa on  sinkki- ja rautaioneja.

 "Havaintomme kumoaa aiemman käsityksen, jonka mukaan silkkiäistoukkien silkki ei voi kilpailla hämähäkkisilkkien kanssa mekaanisessa suorituskyvyssä", Lin sanoo. "Se avaa lupaavan tavan tuottaa kannattavia korkean suorituskyvyn tekosilkkejä." Tuloksena saaduilla silkeillä, riippuen siitä, miten ne oli liuennut, oli ominaisuuksia, jotka ylittivät luonnonsilkkien ominaisuudet. Tutkijat havaitsivat, että keskimääräinen voima, jonka silkit pystyivät vastaanottamaan ilman venytystä (jopa 2 gigapascalia), oli 70 prosenttia suurempi kuin luonnollisten hämähäkkisilkkien keskimääräinen arvo (0,9-1,4 GPa). Sen Youngin moduuli - mitta siitä, kuinka helposti se voi venyä - oli korkeampi kuin minkään luonnollisen silkin, mikä tarkoittaa, että se on ennemmin jäykkä kuin venyvä. Lin sanoo, että nämä jäykkyyden ja lujuuden ominaisuudet ovat paremmat kuin melkein minkä tahansa luonnollisen hämähäkkisilkin, ja tämä on ensimmäinen keinosilkki, joka on saavuttanut tämän maamerkin.

 Tämän keinosilkin ominaisuuksien vertailu luonnollisten hämähäkkisilkkien keskiarvoon jättää pois joitakin luonnollisia poikkeavuuksia, kuten kultaisen silkkihämähäkin (Nephila clavipes), sanoo Fritz Vollrath Oxfordin yliopistosta. "Luulen, että yksimielisyys on Nephila dragline -silkki, joka on parasta oikein kerättynä, ja se on hieman vahvempaa." Tämän vetolujuuden on osoitettu olevan jopa 2,9 GPa. Keinotekoisella silkillä ei myöskään ole samaa yhdistelmää epätavallisia ominaisuuksia kuin luonnollisella silkillä, Vollrath sanoo, kuten sen venyvyys tai vaihteleva määrä kiteistä materiaalia (tunnetaan kiteisyydeksi). ”Hämähäkki voi pyörittää silkkinsä sellaiseen kiteisyyteen, josta se pitää, jota se haluaa tai jota se tarvitsee. Se muuttaa mekaanisia ominaisuuksia”, Vollrath sanoo. "Se mitä Linin ryhmä on saavuttanut, on epäilemättä erittäin hyvää ja erittäin mielenkiintoista, ja tästä lähestymistavasta tulee varmasti lisää, mutta on vähän järjetöntä sanoa: " Nyt olemme tehneet silkin, joka on parempi kuin hämähäkin silkki'."

 Silkki on äärimäisen kestävää, ja siitä voimme kiittää älykästä suunnittelijaa.

 

Lähde: 

 Wilkins, Alex. 2022. Metal-enriched silkworm silk is one of the strongest materials ever New Scientist  6.10.