کاربردهای شگفت انگیز ابریشم عنکبوت؛ مقاوم تر از فولاد، لطیف تر از پر

یکی از مرموزترین جانورانی که از گذشته های دور در افسانه ها و داستان های اساطیری نقش پررنگی داشته عنکبوت است. این حشره به واسطه قدرت جادویی اغلب در نقش های منفی به کار گرفته شده و در عصر جدید هم مشخص شده که از خواصی شگفت انگیز بهره می برد.

عنکبوت به لطف غدد داخلی ابریشمی را تولید می کند که از مقاوم ترین مواد طبیعی به شمار می رود. این حشرات از ابریشم خود برای تنیدن تار، ساخت خانه، ایجاد سازه هایی شبیه بالن برای پرواز از نقطه ای به نقطه دیگر و حتی ایجاد پیله برای نگهداری از تخم ها بهره می برند.

ساختار بدن این حشرات به حدی پیشرفته است که برای مصارف مختلف ابریشم های خاصی تولید می کنند، برای مثال عنکبوت «آرژیوپ» توانایی تولید پنج نوع ابریشم مختلف با کاربردهای ویژه را دارد.تحقیقات دانشمندان نشان داده که ابریشم عنکبوت پنج برابر مقاومت تر از فولاد بوده و در عین حال یک ششم آن چگالی دارد، به عبارت دیگر یک رشته از الیاف این ماده به طول محیط کره زمین کمتر از نیم کیلوگرم وزن خواهد داشت. همین ویژگی های شگفت انگیز باعث شده متخصصان به دنبال استفاده از این الیاف در زمینه های مختلفی باشند که در ادامه به برخی از مهمترین موارد آن اشاره شده است.

داروهای حیاتی

محققان آلمانی- سوییسی با استفاده از ابریشم عنکبوت مصنوعی میکروکپسول هایی را تولید کرده اند که می توان از آن برای انتقال مستقیم واکسن به سلول های ایمنی به منظور مقابله با تومورهای سرطانی بهره برد.

پروفسور «کارل بورکین»، متخصص ایمنی درمانی ضد تومور درباره خواص این الیاف می گوید:

ابریشم عنکبوت باعث التهاب یا واکنش سیستم ایمنی نمی شود و بر اساس یافته های ما میکروذرات آن توانایی تحمل دمای بالای صد درجه سانتیگراد برای چندین ساعت متمادی را دارند. در کشورهای در حال توسعه حفظ واکسن ها در سرما یکی از مشکلات همیشگی است اما با استفاده از الیاف عنکبوت می توان بر این مشکل غلبه کرد.

ابزارهای صوتی قوی تر

محققان دانشگاه «بینگهامتون» نیویورک از این ابریشم برای بهبود کیفیت میکروفون سمعک بهره می برند. این الیاف فوق حساس به لطف ضخامت ناچیز قابلیت دریافت سرعت و فشار هوا را دارند.

این تیم تحقیقاتی با اندود کردن ابریشم با لایه ای از طلا و قراردادن آن در معرض میدان مغناطیسی سیگنال های الکترونیک را دریافت کرده و میکروفونی با قابلیت کار در محدوده ای قابل توجه از فرکانس ها را تولید کرده اند.

پروفسور «رونالد مایلز»، از محققان دپارتمان مهندسی مکانیک بینگهامتون در این باره می گوید:

پاسخدهی میکروفون های جهت دار مینیاتوری تا حد زیادی به فرکانس وابسته است و به همین خاطر صدای آن ها بی کیفیت است. فناوری ما امکان تولید مدل هایی با پاسخ فرکانسی بین یک هرتز تا ۵۰ کیلوهرتز را می دهد که به مراتب با کیفیت تر بوده و تا کنون مشابه آن ساخته نشده است.

از آنجا که میکروفون های مینیاتوری در دستگاه های گسترده ای به کار می روند، بهبود آنها به ارتقای کیفیت محصولات بسیاری منجر خواهد شد.

بازسازی عصب های آسیب دیده

یکی از مهمترین کاربردهای ابریشم عنکبوت کمک به بهبودی افراد معلول خواهد بود. محققان اتریشی در حال بررسی امکان استفاده از الیاف فوق مقاوم عنکبوت «گردباف» تانزانیایی برای درمان چندین نوع از آسیب های عصبی هستند. این تکنیک میکرو جراحی شامل پر کردن وریدها از ابریشم برای تسریع درمان عصب ها است.

عنکبوت گردباف به اندازه کف دست بوده و از تارهایش برای به دام انداختن پرنده های کوچک بهره می برد.پروفسور «کریستین رادتک»، از متخصصان جراحی ترمیمی و پلاستیک دانشگاه وین مزایای ابریشم عنکبوت را بدین صورت بیان می کند:

متاسفانه اغلب مواد روی رشد عصب تاثیر نامطلوبی دارند با این حال ابریشم عنکبوت ماده ای مورد علاقه عصب بوده و پس از اتصال به آن مستقیما فیبرها را دنبال می کنند.

زره ضربه گیر و جلیقه ضد گلوله

محققان دانشگاه کمبریج الیافی مصنوعی از ابریشم عنکبوت را تولید کرده اند که می توان در ساخت سپرهای فوق مقاوم و بسیار سبک از آنها بهره برد. نمونه های آزمایشی این سپر توانایی جذب ۷۰ درصد از نیروی وارده را داشته اند.

کاربردهای این الیاف موارد گسترده ای از کلاه ایمنی برای موتورسواران، بازیکنان رشته های ورزشی پر برخورد مثل فوتبال آمریکایی و اسکیت برد تا جلیقه ضد گلوله برای سربازان و نیروهای پلیس را شامل می شود.

پوست مصنوعی

اگر از طرفداران اسپایدرمن باشید می دانید که او گاهی اوقات با استفاد از تار زخم های خود را درمان کرده یا خونریزی آن را بند می آورد. اخیرا محققان سوئدی و هندی این ایده را یک گام به واقعیت نزدیکتر کرده و با استفاده از الیاف مذکور پانسمان و حتی پوست مصنوعی تولید کرده اند.

از این پانسمان می توان برای بهبود زخم های مزمن نظیر زخم پای دیابتی بهره برد. پوست مصنوعی نیز در موارد حادی نظیر سوختگی درجه سه کاربرد دارد. علاوه بر این در صنعت آرایشی بهداشتی هم می توان برای بهبود پوست از آن استفاده کرد.

فواید پزشکی این الیاف به همین جا ختم نمی شود و گروهی دیگر از محققان برای تولیدی کامپوزیتی زیست‌تخریب‌پذیر از آن استفاده کرده اند که قابلیت ترمیم استخوان‌های بدن را داشته و پس از پایان روند بهبودی به صورت خودکار جذب بدن می شود.

لباس های بهتر

خواصی نظیر کشسانی و استحکام بالای این ابریشم توجه شرکت های بزرگ تولید لباس را به خود جلب کرده، برای مثال آدیداس با استفاده از این الیاف کفشی زیست تخریب پذیر را تولید کرده که توسط میکروارگانیسم های موجود در طبیعت تجزیه می شود.تار مصنوعی عنکبوت پارچه ای طبیعی با قابلیت الاستیک بسیار بالا است. این مواد می توانند فشار فوق العاده ای را پیش از پاره شدن تحمل کنند و همین مسئله سبب می شود که دو الی سه برابر مستحکم تر از «کِولار»، ماده مورد استفاده در جلیقه های ضد گلوله باشد.

کاربردهای دیگر

علاوه بر موارد فوق محققان هندی با تابش پالس های لیزری موفق شده اند اشیایی بسیار ریز و کوچک با ساختار پیچیده هندسی از ابریشم عنکبوت تولید کننده که در کنار استحکام بیشتر، نرمی و لطافت بالاتری دارند. محققان تاکید کرده اند که از این الیاف می توان در تولید میکروسکوپ، تلسکوپ، اسلحه و سیستم های هدایت بمب بهره برد.از سوی دیگر کمپانی لکسوس در تولید صندلی خودروهای لوکس از ترکیب الیاف ابریشم عنکبوتی و فراورده های دیگر بهره می برد.

مشکلات تولید انبوه

پرورش عنکبوت ها برای تولید این الیاف ارزشمند در مقیاس گسترده با مشکلات بسیاری مواجه است که از این میان می توان به همجنس خوار بودن آنها اشاره کرد. مدیر یکی از گروه های تحقیقاتی در این باره می گوید:

آنها همدیگر را می خورند. ما دو عنکبوت را در یک جعبه گذاشته بودیم اما صبح روز بعد تنها یکی از آنها باقی مانده بود.

یکی از دیگر چالش ها میزان تولید اندک این ابریشم ها است تا جایی که برای بافت یک لباس طلایی با ابعاد ۱.۵ در ۳.۴ متر از این الیاف که در موزه ملی آمریکا نگهداری می شود، ۸۲ نفر به مدت ۴ سال مشغول جمع آوری تارهای یک میلیون عنکبوت گردباف ماداگاسکاری بوده اند.

ابریشم عنکبوت تقویت شده

گرافن از لایه‌ منفردی از اتم‌ها تشکیل شده و نازک ‌ترین و مقاوم ترین ماده جهان با رسانایی بالای الکتریسیته و گرماست. این ماده دارای ویژگی‌های منحصر‌به‌فردی بوده و فقط دو بعد را اشغال می‌کند.

اگرچه ابریشم عنکبوت مقاومت بالایی دارد اما گرافن در لیگ دیگری بازی می کند چرا که استحکام آن ۲۰۰ برابر فولاد است.

محققان دانشگاه «ترنتو» ایتالیا برای تولید گونه مقاوم تری از این الیاف، به رژیم غذایی عنکبوت ها گرافن اضافه کرده اند که در نتیجه استحکام و سختی آن به ترتیب سه و ده برابر افزایش پیدا کرده است.