Znanstvenici sa Sveučilišta u Arizoni (ASU) proslavili su svoj nedavni uspjeh u istraživanju koje ima cilj otkriti što to čini vlakna koja pletu pauci najmanje pet puta čvršćima od žice klavira, uz uvjet da se uspoređuju uzorci iste mase. Otkrili su način za dobivanje velike raznolikosti elastičnih svojstava niti s nekoliko netaknutih paukovih mreža koristeći sofisticiranu neinvazivnu tehniku raspršivanja laserske svjetlosti.
“Paučina ima jedinstvenu kombinaciju mehaničke čvrstoće i rastezljivosti, što je čini jednim od najotpornijih materijala koje poznajemo,” rekao je profesor Jeffrey Yarger s Odjela kemije i biokemije ASU, ujedno i glavni istraživač u ovom proučavanju. “Ovaj rad predstavlja naše najpotpunije shvaćanje skrivenih mehaničkih svojstava niti paučine.”
Paučina je izuzetan prirodni polimer, srodan kolagenu (tvar koja je u koži i kostima), ali mnogo složenije strukture. Tim kemičara s ovog sveučilišta proučava njenu molekularnu strukturu u pokušaju da proizvede razne materijale u rasponu od pancirke pa sve do umjetnih tetiva.
Ovaj široki sklop elastičnih i mehaničkih svojstava paučine u prirodi koju je postigao tim s ASU, prvi je ove vrste i ubuduće će uvelike olakšati pokušaje stvaranja prototipova koji su usmjereni shvaćanju međudjelovanja mehaničkih svojstava i molekularne građe niti koje se koriste u pravljenju paukove mreže.
Ženka pauka Nephila clavipes na svojoj mreži. Paučina je analizirana korištenjem Brillouinove spektroskopije da bi se izravno, ali neinvazivno, odredila njena mehanička svojstva.Tim je objavio svoje rezultate u jednom od posljednjih izdanja časopisa Nature materials u studiji pod naslovom “Neinvanzivno definiranje potpunih konstanti elastičnosti niti paučine.”
“Ova informacija trebala bi nam pomoći da dobijemo nacrt za stvaranje strukture velike mreže materijala napravljenih po uzoru na one prirodne poput stvaranja preciznih materijala sintetičkih vlakana da bi se stvorili jači, rastezljiviji i elastičniji materijali,” objasnio je Yarger.
Brillouinova tehnika raspršivanja svjetlosti koristi laser jako male snage, manje od 3,5 miliwata, što je značajno manje od prosječnog lasera. Snimanje onoga što se dogodilo laserskoj zraci dok je prolazila kroz netaknute paučine, omogućilo je istraživačima da detaljno zabilježe do koje mjere su rastezljive sve proučavane paukove mreže, a da ih se pritom nije izobličilo ili pokidalo. Ova neinvazivna mjerenja bez izravnog fizičkog kontakta rezultirala su pronalascima koji pokazuju varijacije među pojedinim vlaknima, spojevima i mjestima gdje su niti zalijepljene.
Proučavane su četiri različite vrste paukovih mreža. Među njima su Nephila clavipes (na slici), A. aurantia (još ga zovu “pozlaćeno srebreno lice” – uobičajen u kontinentalnom dijelu SAD-u…), L. Hesperus – zapadna crna udovica i P. viridans – zeleni ris-pauk, jedini od nabrojenih koji ne radi mrežu za hvatanje plijena, ali njegove niti imaju značajna elastična svojstva slična onima kod ovih ostalih proučavanih vrsta.
Ova skupina je također istraživala jednu od najčešćše proučavanih karakteristika niti koje čine okvir mreža u obliku kružnice, a to je njihova prenapregnutost, što je inače svojstvo jedinstveno svili. Naime, nit paučine upija vodu kada je izložena velikoj vlažnosti. Ta apsorbirana voda dovodi do sažimanja i do 50 posto pri vlažnosti zraka od 100 posto, kod vlakana koja nisu zategnuta. To je proučavano u nitima pauka N. clavipes.
Njihovi rezultati su u skladu s pretpostavkom da prenapregnutost pomaže paucima “skrojiti” svojstva niti za vrijeme pletenja. Ova vrsta ponašanja, a posebno prilagođavanje mehaničkih svojstava količini vode (vlage) je nadahnuće za budućnost mehaničkih struktura zasnovanih na prirodnim procesima.
Ova studija je jedinstvena po tome što možemo izdvojiti sva svojstva rastezljivosti niti paučine koja ne mogu biti, a niti nisu do sada bila izmjerena uobičajenim (konvencionalnim) metodama testiranja,” zaključio je Yarger.
Izvor: Arizona State University
