دراسة تكشف سر قوة ومرونة خيوط العنكبوت

بلورات الجليد تتشكل على شبكة عناكب بعد موجة صقيع في بريطانيا. 29 نوفمبر 2023 - Reuters

عشتارتيفي كوم- الشرق/

أظهرت دراسة أجراها باحثون من جامعة "نورث وسترن" الأميركية، أن عملية تمديد خيوط العنكبوت أثناء غزلها تلعب دوراً حاسماً في تعزيز قوة هذه الخيوط ومرونتها.

وباستخدام نماذج حاسوبية ومختبرية، اكتشف الفريق البحثي أن التمديد يعيد ترتيب سلاسل البروتينات داخل الألياف ويزيد من عدد الروابط بينها، مما يجعل الخيوط أقوى وأكثر متانة.

ويمكن أن تساعد هذه النتائج في تصميم مواد مستوحاة من حرير العنكبوت لتطبيقات متنوعة، مثل الغرز الجراحية القابلة للتحلل الحيوي، والسترات الواقية عالية الأداء المضادة للانفجارات.

ولطالما عرف العلماء أن التمديد ضروري لصنع ألياف قوية، لكنهم لم يعرفوا السبب الدقيق وراء ذلك.

خصائص مذهلة لخيوط العنكبوت

باستخدام النمذجة الحاسوبية، تمكَّن الباحثون من فهم ما يحدث على المستوى النانوي، إذ تبين أن العناكب تقوم بعملية التمديد بشكل طبيعي أثناء غزل الحرير، حيث تستخدم أرجلها الخلفية لسحب الخيوط من الغدد الحريرية، مما يعيد ترتيب سلاسل البروتينات ويزيد من الروابط بينها، مما يجعل الخيوط أقوى وأكثر مرونة.

ويُعرف حرير العنكبوت بخصائصه المذهلة، إذ يتفوق على الفولاذ في القوة وعلى الكيفلار (وهو ألياف اصطناعية قوية وخفيفة) في المتانة، بالإضافة إلى مرونته العالية.

ومع ذلك، فإن تربية العناكب لاستخراج الحرير الطبيعي عملية مكلفة ومعقدة، مما دفع العلماء إلى محاولة إنتاج مواد مشابهة في المختبر.

وللتأكد من صحة النتائج الحاسوبية، استخدم الفريق تقنيات التحليل الطيفي لفحص كيفية تمديد وترتيب سلاسل البروتينات في الألياف الاصطناعية.

كما أجرى الباحثون اختبارات الشد لقياس مدى تحمل الألياف قبل الانكسار، ووجدوا أن النتائج التجريبية تطابقت مع توقعات النمذجة الحاسوبية.

وقال الباحثون إن عملية التمديد مهمة للغاية، فإذا لم تمدد المادة، تظل البروتينات على شكل كرات غير مرتبة، لكن التمديد يحولها إلى شبكة مترابطة، مما يزيد من قوة الألياف ومرونتها.

وأردف الباحثون بالقول إن حرير العنكبوت هو أقوى ألياف عضوية، وهو قابل للتحلل الحيوي، مما يجعله مثالياً للتطبيقات الطبية مثل الغرز الجراحية والمواد اللاصقة لإغلاق الجروح.