ساخت پلیمرهای محکم با الهام از کرم دریایی

یک نوع کرم حفار دریائی با نام علمی Nereis virens الهام بخش نوع جدیدی از مواد بسیار محکم و سبک شده است

تصویر خیره کننده‌ای که مشاهده می‌کنید مسلما برنده جایزه زیبائی نخواهد شد. اما ممکن است بخشهای دهانی بسیار محکم این کرم بتواند کلید ساخت و توسعه نوع جدیدی از مواد برای فضاپیماها و هواپیماها باشد. 

این کرم که کرم ماسه نامیده می‌شود، با استفاده از آرواره‌ها و اندام انبر مانند خود در رسوبات آبهای کم عمق آتلانتیک شمالی حفاری می‌کند.

آروارهای این کرم از نود درصد پروتئین تشکیل شده‌اند که برای نفوذ به درون رسوبات و خم‌شدگی، مقاوم‌تر از انگشتان انسانها نیستند. اما این پروتئین با فلز مسلح و محکم شده، و بدین ترتیب ماده ای ایجاد می کند که سه برابر محکم ‌تر و سخت‌تر از پلیمرهای ساخت بشر است.

کریس برومل که زیست شناس مولکولی از دانشگاه سانتا باربارا کالیفرنیا است زمانی‌که دانشجوی دوره دکترا بود ماهیت انبرکهای این کرم را کشف کرد.
 
به گزارش آسمان پارس، وی و همکارانش دریافتند که آرواره این کرم دارای مقدار بسیار بالائی از یک نوع آمینو اسید بنام هیستیدین است. این ماده با مقدار کمی روی در آن می‌تواند مانند یک چسب عمل کند و مولکولهای هیستیدین پروتئینهای مجاور را به هم محکم کند. این اتصالات بین پروتئینی یک شبکه مشبک را ایجاد می کند که باعث استحکام آرواره کرم می شود.
 
برومل عنوان می‌کند که مواد ساخت انسان را می توان با الهام گیری از فرایند موجود در آرواره این کرم تقویت و محکم کرد.
 
تغییر در مقدار فلز باعث تغییر استحکام ماده می‌شود. برومل می گوید :" با تعدیل ، کم کردن و یا افزایش مقدار فلز می‌توان خواص ماده را تغییر داد. بدین معنی که ما می‌توانیم خواص ماده را بر اساس روشهای ارزان و ساده تنظیم کنیم بدون آنکه مشتقات سمی زیادی ایجاد شود."
 
از نظر تئوریک می‌توان معماری مواد آرواره را تقلید کرد. بدین صورت که پلیمرها را با مولکول‌های ارگانیک که می توانند به یونهای فلزی متصل شوند بارگذاری کرد. به این ترتیب پلیمرهائی با خواص مشابه بسیار محکم تولید می شوند.
 
آنتونی واز از دانشگاه میشیگان که بر روی تقویت پلیمرها با استفاده از نانو ذرات فعالیت می‌کند می گوید :" تقلید از معماری آرواره کرم، روشی جدید برای استحکام بخشیدن به مواد است."  اما وی می‌گوید هنوز زود است که در مورد کاربردهای آن صحبت کرد زیرا هنوز در مورد خواص مواد آرواره این کرم اطلاعات کافی در دسترس نیست. 
 
تا کنون ، برومل و همکارانش فقط توانسته‌اند استحکام آرواره کرم را با استفاده از مقاومت آن در مقابل فشار اندازه گیری کنند. آنها هنوز نمی‌دانند که چه مقدار فشار می‌باید بر روی دندانها وارد شود تا شکسته شود و یا بعد از چه مقدار فشار از حالت طبیعی خارج می شود.
 
مشکل اینجاست که آروارهای نیش مانند فقط چند میلیمتر طول دارند و حالت هندسی آنها اجازه این اندازه گیری ها را نمی‌دهد. برومل می گوید :" ما علاقه داریم که این اطلاعات را بدست بیاوریم اما فعلا به آن دسترسی نداریم."
 
این گروه امیدوار است تا با ساخت نمونه مصنوعی دندانها، خواص دیگر آرواره‌ها را مورد آزمایش قرار دهد تا کاربردهای بالقوه آنها را مشخص کند. برومل می‌گوید :" این ماده ممکن است برخی خواص خود ترمیمی داشته باشد." وی می‌گوید هر چند این رفتار بطور مستقیم مشاهده نشده است اما اتصالات مشبک آرواره کرم مشابه مواد بیولوژیکی‌ای است که بعد از ترک خوردن دوباره ترمیم می‌شوند.