विनम्र मकड़ी के रेशम में कुछ बहुत प्रभावशाली गुण होते हैं। यह स्टेर्डेस्ट सामग्री में से एक है, जो केलर की तुलना में स्टील और सख्त से प्रकृति में पाया जाता है। इसे तोड़ने से पहले इसकी लंबाई को कई बार बढ़ाया जा सकता है। इन कारणों से, प्रयोगशाला में मकड़ी रेशम की प्रतिकृति दशकों से सामग्री वैज्ञानिकों के बीच एक जुनून की तरह है।
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अब, कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नई सामग्री बनाई है जो मकड़ी की रेशम की ताकत, खिंचाव और ऊर्जा-अवशोषित क्षमता की नकल करती है। यह सामग्री बाइक हेलमेट से लेकर पैराशूट से बुलेटप्रूफ जैकेट से लेकर हवाई जहाज के पंखों तक के उत्पादों में सुधार की संभावना प्रदान करती है। शायद इसकी सबसे प्रभावशाली संपत्ति? यह 98 प्रतिशत पानी है।
कैंब्रिज के सेंटर फॉर नेचुरल मैटेरियल इनोवेशन के एक इंजीनियर दर्शील शाह कहते हैं, "मकड़ी दिलचस्प मॉडल हैं क्योंकि वे कमरे के तापमान पर इन शानदार रेशम के रेशों को पानी में मिलाकर एक विलायक के रूप में इस्तेमाल करने में सक्षम हैं।" "यह प्रक्रिया मकड़ियों सैकड़ों लाखों वर्षों में विकसित हुई है, लेकिन हम अब तक नकल करने में असमर्थ हैं।"
लैब निर्मित फाइबर एक हाइड्रोजेल नामक सामग्री से बनाए जाते हैं, जो 98 प्रतिशत पानी और 2 प्रतिशत सिलिका और सेल्युलोज है, बाद के दो को एक साथ आयोजित किया जाता है, जो कि कुकुर्बिटुरिल्स, अणुओं द्वारा "हथकड़ी" के रूप में काम किया जाता है। हाइड्रोजेल से। 30 सेकंड या इसके बाद, पानी वाष्पीकृत हो जाता है, जो केवल मजबूत, खिंचाव वाले धागे को पीछे छोड़ देता है।
तंतु अत्यंत मजबूत होते हैं - हालांकि सबसे मजबूत मकड़ी के रेशों के रूप में काफी मजबूत नहीं होते हैं - और, महत्वपूर्ण रूप से, उन्हें रासायनिक सॉल्वैंट्स के बिना कमरे के तापमान पर बनाया जा सकता है। इसका मतलब यह है कि अगर उन्हें बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है, तो उन्हें नायलॉन जैसे अन्य सिंथेटिक फाइबर पर फायदा होता है, जिन्हें कताई के लिए अत्यधिक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, जिससे कपड़ा उत्पादन दुनिया के सबसे गंदे उद्योगों में से एक है। कृत्रिम मकड़ी रेशम भी पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल है। और चूंकि यह आम, आसानी से सुलभ सामग्री - मुख्य रूप से पानी, सिलिका और सेलूलोज़ से बना है - यह सस्ती होने की क्षमता है।
क्योंकि सामग्री इतनी ऊर्जा को अवशोषित कर सकती है, इसे संभवतः एक सुरक्षात्मक कपड़े के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।
"मकड़ियों को उस अवशोषण क्षमता की आवश्यकता होती है क्योंकि जब कोई पक्षी या मक्खी अपने वेब से टकराती है, तो उसे अवशोषित करने में सक्षम होने की आवश्यकता होती है, अन्यथा यह टूटने वाला है, " शाह कहते हैं। "तो shrapnel प्रतिरोधी या अन्य सुरक्षात्मक सैन्य कपड़े जैसी चीजें, जो एक रोमांचक अनुप्रयोग होगा।"
अन्य संभावित अनुप्रयोगों में पाल कपड़ा, पैराशूट कपड़े, गर्म हवा के गुब्बारे सामग्री, और बाइक या स्केटबोर्ड हेलमेट शामिल हैं। सामग्री बायोकम्पैटिबल है, जिसका अर्थ है कि इसका उपयोग टांके जैसी चीजों के लिए मानव शरीर के अंदर किया जा सकता है।
शाह कहते हैं कि तंतुओं को कई दिलचस्प तरीकों से भी संशोधित किया जा सकता है। विभिन्न पॉलिमर के साथ सेल्यूलोज की जगह रेशम को पूरी तरह से अलग सामग्री में बदल सकता है। मूल विधि को कई कपड़ों के कम-गर्मी, बिना रासायनिक-सॉल्वैंट्स-आवश्यक संस्करणों का उत्पादन करने के लिए दोहराया जा सकता है।
"यह सभी फाइबर बनाने के लिए एक सामान्य तरीका है, [कृत्रिम] फाइबर ग्रीन के किसी भी रूप को बनाने के लिए, " शाह कहते हैं।
शाह और उनकी टीम कृत्रिम मकड़ी रेशम बनाने पर काम करने वाले एकमात्र वैज्ञानिकों से दूर हैं। रेशम के कीड़ों के विपरीत, जो उनके रेशम के लिए खेती की जा सकती है, मकड़ियों नरभक्षी होते हैं जो खेती के लिए आवश्यक करीबी तिमाहियों को बर्दाश्त नहीं करेंगे, इसलिए सामग्री की महत्वपूर्ण मात्रा प्राप्त करने के लिए प्रयोगशाला की ओर मुड़ना एकमात्र तरीका है। हर कुछ वर्षों में इस प्रक्रिया में नए अंतर्विरोधों के बारे में सुर्खियां मिलती हैं। एक जर्मन टीम ने मकड़ी के रेशम के अणुओं का उत्पादन करने के लिए ई-कोलाई बैक्टीरिया को संशोधित किया है। यूटा स्टेट यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने उनके दूध में रेशम प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित "मकड़ी बकरियों" पर प्रतिबंध लगा दिया। अमेरिकी सेना बुलेटप्रूफ वेस्ट में उपयोग के लिए संशोधित रेशम के कीड़ों के माध्यम से उत्पादित "ड्रैगन रेशम" का परीक्षण कर रही है। इस वर्ष की शुरुआत में, स्वीडन के कारोलिंस्का संस्थान के शोधकर्ताओं ने संभावित रूप से टिकाऊ, स्केलेबल तरीके से मकड़ी के रेशम प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए बैक्टीरिया का उपयोग करने के लिए एक नई विधि पर एक पेपर प्रकाशित किया। और यह वसंत, कैलिफ़ोर्निया स्थित स्टार्टअप बोल्ट थ्रेड्स ने एसएक्सएसडब्ल्यू महोत्सव में बायोइन्जीनियर मकड़ी रेशम नेक की शुरुआत की। उनका उत्पाद एक खमीर किण्वन प्रक्रिया के माध्यम से बनाया जाता है जो रेशम प्रोटीन का उत्पादन करता है, जो तब फाइबर बनने के लिए एक बाहर निकालना प्रक्रिया से गुजरता है। यह बाहरी निर्माता पेटागोनिया के साथ साझेदारी उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त आशाजनक है।
लेकिन, जैसा कि 2015 की वायर्ड कहानी बताती है, "अब तक, प्रत्येक समूह जो कि पर्याप्त मात्रा में सामान बनाने का प्रयास करता है, उसे बड़े पैमाने पर बाजार में लाने के लिए, शोधकर्ताओं से लेकर विशाल निगमों तक, बहुत असफल रहा है।"
यह चुनौती शाह और उनकी टीम के सामने है।
"वर्तमान में हम इन सामग्रियों के कुछ दसियों मिलीग्राम के आसपास बनाते हैं और फिर उनसे फाइबर खींचते हैं, " वे कहते हैं। "लेकिन हम इसे और अधिक बड़े पैमाने पर करना चाहते हैं।"
ऐसा करने के लिए, टीम एक रोबोट डिवाइस पर काम कर रही है ताकि फाइबर को जल्दी से खींचा जा सके और पहले की तुलना में अधिक बड़े पैमाने पर काम किया जा सके। उन्हें कुछ सफलता मिली है, शाह कहते हैं, और इस प्रक्रिया का पता लगाना जारी रखें।
"हम अभी भी अनुसंधान के प्रारंभिक चरण में हैं, " वे कहते हैं।
टीम के निष्कर्ष हाल ही में प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज पत्रिका में प्रकाशित हुए थे।
