Cercetătorii au aflat de ce mătasea și pânza de păianjen sunt atât de rezistente și flexibile

Un material natural mai puternic decât oțelul ascunde un mecanism molecular surprinzător. Descoperirea ar putea revoluționa materialele viitorului.

Mătasea sau pânza de păianjen este cunoscută pentru faptul că este mai rezistentă decât oțelul raportat la grutate și mai durabilă decât kevlarul (material compozit ușor și extrem de rezistent, inclusiv la șocuri și coroziune). Acum, oamenii de știință spun că au descoperit interacțiunile moleculare din spatele rezistenței și flexibilității sale remarcabile, potrivit SciTechDaily.

Descoperirile ar putea inspira materiale de nouă generație pentru industria aerospațială, medicină și echipamente de protecție. Studiul a fost publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences. Cercetarea a fost coordonată de specialiști de la King’s College London și Univeristatea de stat din San Diego.

Mătasea de păianjen este alcătuită din lanțuri lungi de proteine formate din aminoacizi. Cercetătorii au descoperit că anumiți aminoacizi acționează ca niște „lipici” moleculari. Aceste interacțiuni reversibile permit proteinelor să se grupeze și să se organizeze eficient. Aminoacizii arginină și tirozină joacă un rol esențial în acest proces.

Atracția lor chimică declanșează agregarea proteinelor în glanda de mătase a păianjenului. Pe măsură ce mătasea se formează, aceleași interacțiuni contribuie la crearea nanostructurii sale rezistente. Cercetătorii spun că acest mecanism explică modul în care mătasea combină rezistența cu elasticitatea. Fibrele se pot întinde sub presiune fără să se rupă.

În interiorul păianjenului, proteinele mătăsii există într-un lichid dens numit „silk dope”. În timpul filării, acest lichid se transformă într-o fibră solidă. Se știa că proteinele formează inițial picături înainte de solidificare. Totuși, pașii moleculari exacți nu erau pe deplin înțeleși.

Folosind simulări moleculare și spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară, echipa a identificat veriga lipsă. Aceleași legături moleculare persistă și în timpul formării fibrei. Această continuitate stabilizează proteinele în structuri ordonate. Structurile conțin formațiuni de tip β-sheet asociate cu rezistența mecanică.

Experții afirmă că rezultatele pot ghida dezvoltarea materialelor inspirate din natură. Posibile aplicații includ armuri ușoare, componente pentru aeronave și implanturi biodegradabile. Robotica moale și textilele sustenabile ar putea beneficia, de asemenea. Cercetătorii au observat similitudini între formarea mătăsii și procesele de separare de fază din biologie.

Mecanisme similare se regăsesc în receptorii neurotransmițătorilor și în modul în care hormonii transmit semnale în organism. Descoperirea ar putea oferi indicii și pentru înțelegerea bolii Alzheimer.