pružnost

^{Článek byl upraven podle vědecké studie Sinana Ketena, hlavního autora studie, který je odborníkem na bio materiály. Je profesorem a docentem strojního inženýrství a profesorem civilního a environmentálního inženýrství na Northwesternské univerzitě McCormick School of Engineering.}

Pavoučí hedvábí je nejsilnějším organickým vláknem. Čím více je natahujete, tím jsou vlákna pevnější.

Pavoučí vlákno, které vypadá velmi křehce, je pevnější než ocel, tvrdší než kevlar a navíc je pružné jako guma.

Jak je to možné?

Když pavouci ze své žlázy spřádají hedvábí, použijí zadní nohy k tomu, aby vlákno chytili a vytáhli. Tím se vlákno při jeho tvorbě natahuje a zpevňuje. Díky tomuto přirozenému procesu je vlákno velmi pevné a také velmi elastické. Vědci zjistili, že můžou upravit mechanické vlastnosti vlákna jednoduše, a to změnou míry natažení.

Výhodou takového vlákna je také to, že je biologicky odbouratelný. Je to tedy ideální materiál pro lékařské účely. Mohl by se používat pro chirurgické stehy a adhezivní gely pro uzavření ran, protože by se v těle přirozeně a neškodně rozložil. Ale to není všechno.

Díky nové studii by vědci mohli zkonstruovat proteiny inspirované pavoučím hedvábím a zkopírovat procesy spřádání pro různé aplikace. Taková vlákna by se pak dala použít nejen v medicíně, ale dokonce i k výrobě vysoce výkonných neprůstřelných vest.

Chov pavouků pro získání jejich přírodního vlákna je ale drahý. Jde o energeticky náročný a obtížný proces. Takže vědci místo toho chtějí v laboratoři znovu vytvořit materiály, které budou co nejvěrnější kopií.

Simulace pavoučího hedvábí

Vědci zjistili, proč je tato role protahování tak důležitá. Simulací pavoučího hedvábí v modelu tým zjistil, že proces natahování zarovná proteinové řetězce ve vláknech a zvyšuje počet vazeb mezi těmito řetězci. Oba faktory pak vedou k silnějšímu a tužšímu vláknu.

Umělé pavoučí hedvábí poskytuje silnější a biologicky odbouratelnou alternativu k jiným syntetickým materiálům, což jsou většinou plasty získané z ropy.

Když vědci začali s touto studií, věděli, že toto natahování je nezbytné pro výrobu opravdu silných vláken, ale nikdo dosud nevěděl proč tomu tak je. Ale s jejich novou výpočetní metodou byli schopni zkoumat, co se ve vlákně děje v nanoměřítku.

Prostřednictvím simulací vědecký tým z Northwesternské univerzity zkoumal, jak protahování ovlivňuje uspořádání proteinů ve vláknech a jak protahování mění pořadí proteinů, vzájemné spojení a pohyb molekul ve vláknech.

Vědci v tom mají jasno

Vědci zjistili, že protahování způsobilo, že se proteiny „seřadily“, což zvýšilo celkovou pevnost vlákna. Zjistili také, že protahování zvýšilo počet vodíkových vazeb, které fungují jako mosty mezi proteinovými řetězci a tvoří pevné vlákno. Nárůst vodíkových vazeb přispívá k celkové pevnosti, houževnatosti a pružnosti vlákna.

Jakmile je vlákno vytlačeno, jeho mechanické vlastnosti jsou ve skutečnosti docela slabé, ale když se natáhne až na šestinásobek původní délky, stane se velmi silným.

Přestože si Graham dříve myslel, že pavouci jsou jen odpudiví, nyní vidí jejich potenciál pomoci vyřešit skutečné problémy.

„Dřív jsem si myslel, že jsou na obtíž. Teď je vidím jako zdroj fascinace.“

^{Studie byla publikovaná v časopise Science Advances}