Pânza de păianjen este mai rezistentă decât oțelul. Cercetătorii au descoperit secretul molecular care o face atât de puternică

Pânza de păianjen, unul dintre cele mai rezistente materiale naturale din lume, este mai puternică decât oțelul raportat la greutate și mai durabilă decât Kevlar. Acum, cercetătorii au descoperit mecanismul molecular care îi conferă această combinație unică de rezistență și flexibilitate, deschizând calea către materiale revoluționare inspirate din natură.

Descoperirea ar putea duce la dezvoltarea unor fibre avansate utilizate în aviație, echipamente de protecție, implanturi medicale și chiar robotică moale.

Pânza de păianjen, mai rezistentă decât oțelul

O echipă internațională de cercetători a identificat interacțiunile chimice microscopice care permit pânzei de păianjen să fie extrem de rezistentă fără a-și pierde flexibilitatea.

Rezultatele studiului, publicate în revista științifică Proceedings of the National Academy of Sciences, sunt rezultatul unei colaborări între King’s College London și San Diego State University (SDSU).

Cercetătorii nu au încercat doar să copieze mătasea de păianjen, ci au analizat „regulile fundamentale” care stau la baza formării sale, pentru a crea o nouă generație de materiale durabile și performante.

Cum e construită pânza de păianjen la nivel molecular

Mătasea de păianjen este formată din proteine, care sunt lanțuri lungi de aminoacizi. Studiul a arătat că anumiți aminoacizi acționează ca niște „lipici molecular”.

Aceștia:

• creează conexiuni reversibile între proteine,
• permit proteinelor să se organizeze spontan,
• formează o structură extrem de rezistentă și elastică.

Aceste conexiuni permit materialului să reziste la tensiuni mari fără a se rupe.

Profesorul Chris Lorenz, specialist în știința materialelor la King’s College London, a explicat:

„Aplicațiile potențiale sunt vaste – îmbrăcăminte de protecție ușoară, componente pentru avioane, implanturi medicale biodegradabile și chiar robotică moale ar putea beneficia de fibre create folosind aceste principii naturale.”

Mai puternică decât oțelul, mai durabilă decât Kevlar

Mătasea de tip „dragline”, folosită de păianjeni pentru a construi pânze și a se deplasa, este considerată unul dintre cele mai performante materiale naturale cunoscute.

Caracteristicile sale includ:

1. rezistență mai mare decât oțelul raportat la greutate,
2. durabilitate mai mare decât Kevlar, utilizat în vestele antiglonț,
3. flexibilitate ridicată fără pierderea rezistenței.

Această combinație este extrem de rară în materialele sintetice.

Cum transformă păianjenii lichidul în fibre solide

Mătasea este produsă în glandele păianjenului sub forma unui lichid dens, numit „silk dope”.

Procesul implică mai multe etape:

1. Proteinele sunt păstrate inițial sub formă lichidă.
2. Acestea formează grupuri asemănătoare unor picături.
3. În timpul filării, lichidul se transformă în fibre solide.
4. Se formează o nanostructură care conferă rezistență excepțională.

Până acum, mecanismul exact al acestei transformări nu era pe deplin înțeles.

Rolul aminoacizilor cheie în formarea mătăsii

Cercetătorii au folosit tehnologii avansate, inclusiv:

• simulări moleculare,
• modelare structurală AlphaFold3,
• spectroscopie prin rezonanță magnetică nucleară.

Rezultatele au arătat că aminoacizii arginină și tirozină declanșează procesul de organizare a proteinelor. Aceste interacțiuni continuă și în timpul formării fibrei, contribuind la structura finală extrem de rezistentă.

Descoperirea ar putea ajuta la tratarea bolilor neurologice

Cercetătorii au descoperit că mecanismele implicate în formarea mătăsii sunt similare cu procesele biologice implicate în creierul uman. Profesorul Gregory Holland, specialist în chimie la SDSU, a explicat:

„Aceleași tipuri de interacțiuni pe care le-am descoperit sunt utilizate în receptorii neurotransmițătorilor și în semnalizarea hormonală.”

De asemenea, el a adăugat:

„Modul în care proteinele mătăsii se organizează este similar cu procesele implicate în boli neurodegenerative, precum Alzheimer.”

Această descoperire ar putea contribui la înțelegerea și tratarea unor afecțiuni neurologice grave, potrivit scitechdaily.com.

Materiale revoluționare inspirate din natură

Descoperirea ar putea duce la dezvoltarea unor materiale inovatoare, inclusiv:

• componente ultraușoare pentru avioane,
• echipamente de protecție mai eficiente,
• implanturi medicale biodegradabile,
• fibre sustenabile pentru industria textilă,
• roboți flexibili inspirați din natură.

Descoperirea mecanismului molecular care face mătasea de păianjen atât de rezistentă reprezintă un pas major în dezvoltarea materialelor viitorului. Înțelegerea acestor procese naturale ar putea revoluționa multiple industrii și ar putea contribui chiar la cercetarea bolilor neurologice.

Pânza de păianjen nu mai este doar o curiozitate biologică, ci o sursă de inspirație pentru tehnologiile avansate ale viitorului.

Citește și: Ciuperca recent descoperită care transformă păianjenii din peșteri în „zombi”