تولید ابریشم با کیفیت از عنکبوت ها

در پی پژوهش های اولیه تیمی از دانشمندان ژاپنی در زمینه تولید ابریشم توسط عنکبوت ها، دانشمندان هندی موفق شدند با رفع نواقص طرح اولیه و استفاده از تابش پالس های لیزری، ابریشمی با کیفیت و قدرتمند توسط عنکبوت ها تولید کنند.

ابریشم ساخته شده توسط عنکبوت ها یک ماده زیستی جدید محسوب می شود که اخیرا توسط پژوهشگران تولید شده است. این ماده پنج برابر قدرتمندتر از رشته های فولادی در اندازه و قطر یکسان بوده و قابلیت استفاده و کاربری بسیار زیادی دارد. البته برای تولید این محصول هنوز چالش های مهمی از قبیل پردازش و اتصال آن به یکدیگر وجود دارد که باید حل شوند.

پیش بینی می شود از ابریشم تولید شده توسط عنکبوت ها در ساخت میکروسکوپ، تلسکوپ، اسلحه و سیستم های هدایت بمب به صورت موازی در عناصر نوری استفاده شود. پس از کشف خواص خارق العاده این ماده و طی روند ریسندگی و تولید آن؛ اسیدهای آمینه به عنوان نانو کریستال های کوچک و به صورت نانو فنرهای مولکولی در یک ماتریکس آمورف (amorphous matrix) تنظیم می شوند. این ماتریکس های آمورف سبب  ایجاد حالت ارتجاعی شده و قدرت بی نظیری به ماده فوق می دهد.

مطالعات نخستین در رابطه با این محصول جدید توسط پژوهشگران ژاپنی در سال های گذشته انجام شده بود و در حال حاضر پژوهشگران موسسه علوم، تحقیقات و آموزش هندوستان (IISER Mohali) توانسته اند مشکلات و چالش های فوق را با استفاده از تابش های لیزری برطرف کنند. در ازمایش های انجام شده، پژوهشگران موفق شدند اشیائی بسیار ریز و کوچک با ساختار پیچیده هندسی ساخته و بافت هایی را با کمک این ماده به صورت نوار و روبان تولید کنند.

پرفسور سینگ از اعضای این تیم تحقیقاتی اعلام کرد: «ما عنکبوت هایی را که قادر به تولید ابریشم هستند را در باغی واقع در نزدیکی شهر چندیگر پرورش داده و در جعبه های پلاستیکی نگهداری می کنیم. این عنکبوت ها با محرک های بیرونی به پریدن تحریک شده و پس از پرش از خود رشته های ابریشمی خارج می کنند که به کمک آن معلق مانده و تلاش می کنند تا سقوط نکنند. این رشته ها تنها چند میکرو متر ضخامت داشته و از ابریشم بسیار قدرتمندتر هستند.»

این عنکبوت ها قادر هستند تا با استفاده از هفت غده ترشح کننده موجود در بدن خود، ۷ نوع متفاوت از ابریشم را تولید کنند که هر کدام از آن ها دارای کاربری خاص و ویژه ای است. برای نمونه ابریشمی که این عنکبوت ها برای نگهداری نوزادان خود تولید می کنند به نسبت تارهای ویژه شکار، نرم تر و لطیف تر است. البته لازم به توضیح است که پیش از این  تیمی از دانشمندان و پژوهشگران ژاپنی موفق به ایجاد نوعی ابریشم ساخته شده توسط عنکبوت هائی شدند که بر اثر انجام مهندسی ژنتیکی در این جانوران و تلفیق ژن های عنکبوت و کرم ابریشم به وجود آمده اند.

این محصول جدید که ابریشم عنکبوت یا Spider Silk نامیده می شود علاوه بر استحکام بیشتر ، دارای نرمی و لطافت بالاتری نسبت به ابریشم های ساخته شده توسط کرم ابریشم است.

 پژوهشگران ژاپنی در این تحقیقات  ژن عنکبوت بافنده را با ژن کرم ابریشم مورد استفاده در صنایع نساجی تلفیق کرده و نتیجه آن به دست آوردن محصولی با استقامت یک و نیم برابر محصولات قبلی بود .

پژوهشگران این تیم تحقیقاتی دلیل استفاده از کرم ابریشم و عنکبوت را در این پروژه ، قابلیت های خاص ابریشم و امکان تولید ابریشم زیاد از طریق این کرم به علاوه امکان تولید تارهای عنکبوت در ابعاد وسیع دانسته و اعلام کردند عنکبوت قادر به تولید تار به میزان زیاد نیست و کرم ابریشم هم اگرچه میزان زیادی تار تولید می کند ولی ، تنها یکبار این قابلیت را دارند . پژوهشگران در این پروژه تلاش کردند با تلفیق این دو ویژگی از مزایای هر دو حشره استفاده کرده و نقاط ضعف آن را از بین ببرند .

در این مطالعات جدید، پژوهشگران هندی با تابش پالس های لیزری femtosecond ‪(fs)‬ در حدود ده (fs) قادر به تولید ابریشمی با دارا بودن کمترین آسیب به خواص اولیه آن شده اند. در مطالعات انجام شده همچنین مشخص شد که استفاده از این تابش های لیزری می تواند ترکیب فیبر های ابریشمی را با شیشه، فلزات و پلیمر، ممکن کرده و امکان ساخت محصولاتی جدید را در حوزه های مختلف علم و صنعت فراهم کند.

در توضیح چگونگی تولید محصول این پژوهشگران با انتقال ژن گونه ای خاص از کرم های ابریشم و استفاده از نوعی پروتئین خاص موجود در بدن این کرم ها از طریق ترکیب این پروتئین با ژن های عنکبوت ، محصولی به مراتب مقاوم تر از ابریشم های تولید شده توسط کرم ابریشم به دست آوردند.

پژوهشگران دلیل استفاده از کرم ابریشم و عنکبوت را در این پروژه ، قابلیت های خاص ابریشم و امکان تولید ابریشم زیاد از طریق این کرم به علاوه امکان تولید تارهای عنکبوت در ابعاد وسیع دانسته و اعلام کردند عنکبوت قادر به تولید تار به میزان زیاد نیست و کرم ابریشم هم اگرچه میزان زیادی تار تولید می کند ولی ، تنها یکبار این قابلیت را دارند .

امکان استفاده تجاری از این محصول به دست آمده از تغییرات ژنتیکی وجود دارد و به راحتی می توان از این محصول برای بافت البسه مختلفی مانند روسری یا جلیقه استفاده کرد ولی هنوز شرایط استفاده از این محصول در مقیاس وسیع و صنعتی مشخص نیست اگر چه  تیم پژوهشی فوق ادعا می کنند این محصول می تواند در آینده به صورت گسترده در صنایع مورد استفاده قرار گیرد. شرح کامل این پژوهش و یافته های به دست آمده از آن در آخرین شماره مجله تخصصی Nature Materials منتشر شده و در اختیار پژوهشگران قرار دارد.