Odkrywanie tajemnic nici pajęczej za pomocą promieni X

Struktura nici pajęczej jest bardziej splątana w skali nanometrowej niż dotąd sądzono – twierdzą autorzy opracowania sporządzonego przez Argonne National Laboratory należącego do Amerykańskiego Departamentu Energii (DOE).

Nić pajęcza łączy ze sobą bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną i elastyczność, co czyni ją jednym z najmocniejszych znanych materiałów. Dokładne poznanie budowy pajęczych nici przybliżyłoby technologów materiałowych do opracowania metod produkcji materiału o ich właściwościach mechanicznych.

Naukowcy za pomocą promieni rentgenowskich o wysokiej energii wytworzonych przez znajdujące się w Laboratorium Argonne Zaawansowane Źródło Fotonów (APS) zanalizowali strukturę nici konstrukcyjnej pająka z rodziny krzyżakowatych. Nić konstrukcyjna jest główną nicią, do której przymocowywane są kolejne elementy pajęczyny. Wnętrze nici konstrukcyjnej składa się z wielu cienkich włókien zwanych fibrylami, które w skali atomowej są ułożone w dwa regiony (domeny). Niezwykła wytrzymałość nici pochodzi od krystalicznych obszarów, które stanowią ok. 10 % całości nici, natomiast elastyczność to efekt występowania amorficznych regionów stanowiących pozostałe 90%.

Dotychczasowe badania ze względu na ograniczenia techniczne skupione były na domenach krystalicznych, ponieważ ich strukturę łatwiej zanalizować. W przypadku domen elastycznych konieczne było zastosowanie zaawansowanej aparatury takiej jak APS.

W odróżnieniu od domen krystalicznych, które cechują się powtarzalnymi fragmentami, atomy w obszarach amorficznych tracą uporządkowanie już przy obszarach rzędu nanometra. W dodatku w powiększonej skali obszary bezpostaciowe składają się z białek o skomplikowanej budowie.

Prace, które rozpoczęli Yarger i Benmore mają na celu poznanie relacji między amorficznymi i krystalicznymi strukturami obecnymi w nici pajęczej. Naukowcy mają nadzieję, że przyczynią się do opracowania modeli pozwalających na produkcję nowej grupy wytrzymałych materiałów.

(pj)