|
در کاربردهای خاصی همچون موتور جت، هواپیماها و فضاپیماها به مواد ابرقوی با ویژگی‌های
مکانیکی بسیار استثنایی نیاز است. محققانی که در زمینه مواد کامپوزیتی مصنوعی کار
می‌کنند، در تلاش هستند تا راز عملکرد بسیار عالی برخی مواد طبیعی را درک کرده و از
آن در ساخت مواد مصنوعی استفاده کنند.
در طبیعت روش‌های پایین به بالای پیچیده‌ای برای تولید مواد نانوساختار منظم با
ویژگی‌های مکانیکی برجسته توسعه یافته است. یکی از این مواد مروارید است که لایه
داخلی صدف بسیاری از نرم‌تنان را تشکیل می‌دهد.
دکتر پایوی لاکسونن، یکی از محققان گروه نانوفناوری در مرکز تحقیقات فنی VTT فنلاند
می گوید: «یکی از مشکلات تولید مواد نانوکامپوزیتی چگونگی ایجاد اتصال میان قطعات
مختلف آنهاست، به‌نحوی که ویژگی‌های تک‌تک این قطعات حفظ شوند. به‌طور معمول عدم
تطابق شیمیایی از انتقال موثر ضربه بین مواد جلوگیری کرده و همین امر موجب شکستن
آسان آنها می‌شود».
لاکسونن و گروهش به‌همراه محققان دیگری از دانشگاه آلتو و دانشگاه RWTH Aachen
(دانمارک) دریافته‌اند که چگونه می‌توان یک کاغذ نانوسلولزی را با چسباندن قطعات
گرافن به آن تقویت کرد. آنها همچنین نشان داده‌اند که مولکول‌های زیستی که به‌نظر
نرم می‌آیند، می‌توانند با ایجاد چسبندگی میان دو ماده متفاوت، استحکام مواد
کامپوزیتی را افزایش دهند.
لاکسونن می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد یک لایه نازک چندنانومتری از مولکول‌های زیستی
می‌تواند اتصال بسیار خوبی میان قطعات مواد کامپوزیتی ایجاد کند».
او می‌افزاید در سال‌های اخیر روش های مختلفی برای تولید نانوکامپوزیت‌های
الهام‌گرفته شده از طبیعت پیشنهاد شده است: «یکی از این روش‌های نسبتاً ساده،
خودآرایی قطعات پلیمری یا شبه‌کلوئیدی سنتزی است که تا حدی موفقیت‌آمیز بوده است.
سنتز طراحی‌شده پپتیدها روش دیگری است که امکان تقلید دقیق‌تر از نانوکامپوزیت‌های
زیستی را فراهم می‌آورد، اما طراحی منطقی آنها بسیار دشوار است».
این محققان روش جدیدی برای این کار پیشنهاد داده‌اند. آنها اجزای با عملکرد بالا را
که دارای ویژگی‌های مورد نظر هستند، انتخاب کرده و سپس با استفاده از مهندسی
ژنتیکی، قطعات زیست‌مولکولی مورد نیاز برای متصل کردن این اجزا به یکدیگر و به‌دست
آوردن ویژگی‌های مطلوب را طراحی می‌کنند.
در ارائه این راهکار از یافته‌های جدید در زمینه ساختار و عملکرد پروتئین‌های موجود
در صدف نرم‌تنان الهام گرفته شده است. محققان اخیراً نوعی پروتئین یافته‌اند که
می‌تواند هم به صفحات کوچک معدنی و هم به ماده آلی مروارید پیوند یابد؛ البته نقش
دقیق این پروتئین در ویژگی‌های مکانیکی مروارید هنوز شناخته شده نیست.
لاکسونن می‌گوید: «از آنجایی که امکان ایجاد پروتئین‌های مشابه را داشتیم، توانستیم
مواد مورد نظر را انتخاب کرده و آنها را با پروتئین‌های ساخته شده به یکدیگر
بچسبانیم. این طراحی منجر به تولید ماده کامپوزیتی با ویژگی‌های مکانیکی بهبودیافته
گردید».
جزئیات این تحقیق در مجله Angewandte Chemie International Edition منتشر شده است.
|
