دودة القز تغزل حريرا خارقاً عند إطعامها الجرافين وأنابيب الكربون النانوية

ترجمة: علي الحويجي.

إن الحرير البراق واللامع الذي يصنع الملابس قويٌ جداً، ولقد وجد الباحثون الآن وسيلةً ذكيةً جداً لزيادة قوة خيوط القماش: اطعام دود القز الجرافين أو الأنابيب الكربونية النانوية أحادية الجدر. ويمكن استخدام الحرير المقوى الذي ينتجه دود القز في عدة تطبيقاتٍ مثل الأنسجة الواقية المتينة، الأدوات الطبية المزروعة القابلة للتحلل حيوياً، والالكترونيات القابلة للارتداء والصديقة للبيئة.

أضاف الباحثون سابقاً الى الحرير الأصباغ، عوامل مضادة للميكروبات، بوليمراتٍ موصلةٍ، والجسيمات النانوية، وذلك إما عن طريق معالجة الحرير المنسوج بهذه الإضافات أو بإطعام هذه الإضافات إلى دود القز مباشرةً. ودود القز هي يرقات العث الأكل للتوت، وتغزل خيوطها من محلولٍ من بروتين الحرير المنتج في الغدد اللعابية.

لإنتاج الحرير المدعم بالكربون، قامت ينغينغ تشانغ وزملائها في جامعة تسينغاو بتغذية الديدان ببعض أوراق التوت التي رُشت بمحاليل مائيةٍ تحتوي على أنابيب الكربون النانوية أو الجرافين بنسبة 0.2% من وزنها، ومن ثم جمعوا الحرير بعدما اكملت تلك الديدان غزل شرانقها، أي كما يحصل في الطريقة الاعتيادية لإنتاج الحرير. إن معالجة الحرير المجموع بالفعل يتطلب تذويب المواد النانوية في محاليل كيميائيةٍ سامةٍ ومن ثم وضعها على الحرير، ولذلك تعد عملية الاطعام أبسط وأكثر صداقةً للبيئة.

على النقيض من الحرير الاعتيادي، يعتبر الحرير المدعم بالكربون أقوى بمرتين ويتحمل ضغط عالياً أقوى بمرةٍ ونصف قبل ان ينكسر. ولقد قام الفريق بتسخين ألياف الحرير إلى 1050 درجةٍ مئويةٍ ليكربنوا بروتين الحرير، ومن ثم درسوا بنيته وتوصيله للكهرباء، حيث يختلف الحرير الناتج عن الحرير الاعتيادي بانه قابلٌ لتوصيل الكهرباء. وأظهر التصوير بالمجاهر الالكترونية وتحليل رامان الطيفي أن ألياف الحرير المعززة بالكربون لها بنيةٌ بلوريةٌ مرتبةٌ أكثر بسبب المواد النانوية المدموجة.

لا تزال هناك بعض الأسئلة، أولها: كيف يمكن لدود القز أن يدمج المواد النانوية في حريرها؟ وأيضاً: ما هي نسبة المواد النانوية التي يتغذى عليها دود القز ويدخل في انتاج الحرير بدلاً من إخراجها أو تم تأييضها؟ إن المواد الكربونية غير مرئيةٌ في المقاطع العرضية من خيوط الحرير، وذلك ربما لأن محتوى الجسيمات النانوية منخفضٌ جداً كما تشير تشانغ. وتضيف أيضاً إن إجابة هذه الأسئلة قد تكون مهمةً لعلماء الأحياء.

نشر العالم الكيميائي والمتخصص في المبلمرات من جامعة دونغهاو وهو غينغ شين عملاً اخر في عام 2014مـ باستخدام أنابيب كربونيةٍ متعددة الجدر يصل عرضها إلى 30 نانومتراً، والتي زادت قوة ألياف الحرير وصلابتها أيضاً. وقالت تشانغ أن الأنابيب الكربونية أحادية الجدر ذات عرضٍ بين 1 إلى 2 نانومترٍ تكون قابلةً أكثر للدمج مع التركيبة البلورية لبروتين الحرير.

يقول عالم المواد من جامعة دونغهاو وهو ياوبنغ تشانغ والذي أطعم جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم إلى دود القز لصناعة حريرٍ فائق القوة مقاومٌ للاضمحلال الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية أن هذا العمل يوفر “طريقةً سهلةً لإنتاج ألياف الحرير عالية القوة على نطاقٍ واسعٍ”. كما يقول أن قابلية التوصيل الكهربائية للحرير المدعم بالكربون قد يجعله مناسباً لصناعة أجهزة استشعارٍ مدمجةٍ في المنسوجات الذكية ولقراءة الإشارات العصبية.

المصدر (scientificamerican)

ينغينغ تشانغ Yingying Zhang
جامعة تسينغاو Tsinghua University
غينغ شين  Qing Shen
جامعة دونغهاو Donghua University
ياوبنغ تشانغ  Yaopeng Zhang

Comments are closed.