Kiderült, mi a pókfonál erősségének titka

Hogyan lehetséges, hogy a pókfonál hasonlóan erős, mint az acél, ellenállóbb, mint a kevlár nevű szintetikus anyag, és kisebb sűrűséggel bír, mint a gyapjú vagy a nejlon? Német kutatók a fonalak atomi szintű szerkezetének vizsgálatával próbáltak választ adni a kérdésre.

Számítógépes szimulációk segítségével atomi szinten modellezték a pókfonál felépítését német kutatók, akik eredményeiket a Biophysical Journal legújabb számában publikálták. A pókfonálról már eddig is ismert volt, hogy rendkívül rugalmas, erős és ellenálló, de nem tudták pontosan, hogy mindez minek köszönhető.

Dr. Frauke Gräter és kollégái az atomok szintjéről indultak ki, majd egyre magasabb szinteken vizsgálták a pókfonalak mechanikai tulajdonságait. A pókfonalaknak két fő összetevője van: egy puha, amorf szerkezetű építőelem és egy keményebb, kristályos anyag. Elsőként az ezeket felépítő atomokat elemezték, majd olyan molekuláris szimulációkat végeztek, amelyekben egyenként és együtt is megvizsgálták a kétféle építőelem mechanikai sajátságait.

Kiderült, hogy a fonál rugalmasságáért az amorf és puha összetevő felel, és ez az építőegység felelős azért is, hogy a pókháló jól bírja a rá nehezedő nyomást, vagyis a környezeti stresszhatásokat (a terhelés ezeknek az építőelemeknek köszönhetően oszlik el egyenletesen a pókhálóban.) A fonalak szívóssága ezzel szemben a kristályos atomi szerkezetű összetevőnek köszönhető: a fonalak teherbírását nagyban befolyásolja, hogy milyen a kristályos alegységek eloszlása a fonalakon belül - írja az egyetem sajtóanyaga.

A pókfonál felépítése a makrótól a nanoszintig: rózsaszínnel látható a kemény, kristályos szerkezetű alkotóelem, kékkel pedig az amorf szerkezetű peptidláncok

A fentieken kívül azt is megvizsgálták, hogy a fonál-alegységek milyen szerkezeti felépítésben nyújtják a legoptimálisabb mechanikai teljesítményt. A szimulációk azt mutatták, hogy a kétféle alegység korongokban történő elhelyezkedése a legjobb: mechanikailag ez nagyobb terhelést tesz lehetővé annál, mintha az amorf és a kristályos építőelemek véletlenszerűen vagy egymással párhuzamosan helyezkednének el a pókfonálban.

"Célunk természetesen az, hogy a pókfonalak felépítését lemásolva mesterséges utánzatot hozzunk létre, amelynek aztán számos gyakorlati alkalmazása lehetne. Egyelőre nem létezik olyan mesterséges anyag, ami erősségében és rugalmasságában verné a pókfonalakat" - mondta Gräter.