Kilang hidup

Kilang hidup

Fishman Roman
"Mekanik Popular" №11, 2017

Jejaring labah-labah dan sutera dengan nanotube: saintis bersedia untuk mengubah haiwan dan tumbuhan ke kilang-kilang untuk menghasilkan bahan-bahan masa depan.

Serangga dan labah-labah menyempurnakan tenunan gentian selama beratus-ratus juta tahun, belajar bagaimana membuat bahan-bahan yang sangat tahan lama dan ringan, biokompatibel dan tidak aktif secara kimia. Sayang sekali bahawa penggunaan mereka oleh manusia untuk beribu tahun datang kepada pengeluaran kain sutera yang halus – walaupun lebih baik kita mengetahui sifat-sifat biofibre ini, lebih banyak ia kelihatan seperti memaku mikroskop. Ambil sekurang-kurangnya web – bahan lebih dipercayai daripada keluli (kekuatan tegangan 1.0-2.7 GPa) dan lebih ringan daripada serat karbon (ketumpatan 1.3-1.4 g / cm3). Sifat-sifatnya adalah setanding dengan versi terbaik Kevlar dan bahkan gentian baru yang berbahan dasar, ditambah pula dengan "knot" molekul pada rantai polimer. Pakaian dan kabel yang hebat, beg tahan karat yang tahan lama, tali pembedahan dan juga perisai badan akan keluar dari web.

Ciri-ciri ini tumbuh dari struktur kompleks benang laba-laba. Protein spider, seperti spidroin, dirembes oleh kelenjar khas dan terdiri terutamanya daripada asid amino gliserin dan alanin.Apabila rembesan mengeras di udara, gliserin kecil dan mudah alih membentuk struktur pangkalan elastik dan anorphous, sementara alanine diorganisasikan menjadi domain "kristal" yang kuat, yang juga boleh terikat dengan jambatan sulfida sisa asid amino serine. Ini adalah biocomposite sebenar, struktur kompleks yang membolehkan untuk mencapai ciri-ciri unik. Molekul tambahan boleh dimasukkan ke dalam pangkalan amorf, memberikan sifat-sifat baru web: contohnya, pyrrolidine menakutkan semut, dan pada masa yang sama secara aktif menyerap air, mengekalkan web dalam keadaan terhidrasi yang optimum.

Penguatkuasaan

Kehadiran sebatian "mengaloi" sedemikian tidak biasa bagi polimer semulajadi. Rangkuman logam menguatkan rahang beberapa serangga, dan kristal mineral menjadikan gigi gastropods piring laut yang paling tahan lama dari semua bahan semula jadi. Tidak menghairankan bahawa para saintis juga cuba memperbaiki sifat-sifat web dengan memperkenalkan bahan tambahan tiruan – nanopartikel, nanotube karbon, dan juga kadmium microcrystals semikonduktor, salutan yang membuat web fluoresce. Sebagai peraturan, mereka hanya disembur pada benang.Tidak dapat menyuntik zarah ke dalam strukturnya sehingga fizik Itali-British Nicola Puño menaburkan haiwan dengan air dengan serpihan graphene dan nanotube.

Pada tahun 2015, pasukannya dapat menunjukkan bahawa kaedah mudah seperti: bahan tambah yang diperlukan jatuh ke dalam arachnoid, meningkatkan ketahanan dan kekuatan tegangan pada masa-masa. Pendekatan ini segera digunakan oleh saintis Cina, menggunakan kaedah yang sama untuk mendapatkan gentian sutera dua kali lebih kuat. Sementara itu, Professor Punio memperbaiki kaedahnya dan pada September 2017 menerbitkan hasil belajar benang sedetik labah-labah berlainan yang disiram dengan nanotubes berdinding tunggal atau graphene dicairkan di dalamnya. Penunjuk maksimum web mereka ternyata jauh lebih baik daripada yang semula jadi: terima kasih kepada nanotube, salah satu helai berjaya menahan beban hingga 5400 MPa dan menyerap hingga 1567 J / g tenaga sebelum runtuh. "Prosedur pengukuhan semulajadi juga boleh digunakan untuk haiwan dan tumbuhan lain," Puño dan penulis penulis karyanya yakin, "ini akan membawa kepada kemunculan kelas baru komposit bionik inovatif."

Pengeluaran

Seorang profesor Itali telah cuba menggabungkan nano dan bioteknologi selama lebih daripada satu tahun. Dia juga membuat paten untuk menghasilkan getah berliang "diperkuat" dengan nanotube, di mana rongga dicipta oleh penapaian yis. Sekarang Puño nampaknya akan mengubah organisma hidup menjadi kilang-kilang mesra alam dengan bahan canggih. Sebenarnya, biokomposit seperti gigi gastropod moluska chitinous atau spiderwebs lebih unggul daripada analog tiruan banyak, dan para saintis tidak meninggalkan cubaan mereka untuk menghasilkan teknologi untuk sintesis dan pengubahsuaian industri mereka. Mereka berjaya mengekstrak spidroin dari kelenjar laba-laba dan menggunakannya untuk membentuk helai serat menggunakan kaedah elektrostatik dan lain-lain. Walau bagaimanapun, semua pendekatan ini adalah kompleks, makmal, dan skala mereka menjadi pengeluaran yang berdaya maju dari segi ekonomi belum mungkin.

Dan mereka diperlukan jika pengeluar semula jadi yang berkesan merangkak, berenang dan hanya berkembang: gastropods kilang-kilang chitin, penderma spider seperti labah-labah, diperkuat dengan nanofibers … Persoalan kami adalah apa bahan yang boleh "diperbaiki" dengan cara ini, Nikola Puño menjawab: "Ya, secara harfiah semuanya, termasuk perisai semulajadi kumbang, kayu, dll."Menurut saintis, penyelesaian semacam itu bukan sahaja dapat mencapai sifat terbaik bahan, tetapi juga menjadikannya selamat untuk digunakan walaupun dalam bidang perubatan. Nah, bagaimana meningkatkan kekuatan tulang kita dengan memperkenalkan nanotube ke dalamnya?" kata Professor Punio, – tetapi, bagaimanapun, tidak pernah berkata "tidak pernah". "

Apakah bahan yang tidak wujud yang anda jangkakan dari masa hadapan?

Artem Oganov, ahli kimia, pakar reka bentuk komputer untuk bahan-bahan baru:

No. 1. Superconductors. Terdapat harapan yang nyata untuk penciptaan bahan-bahan yang mengekalkan ketahanan sifar walaupun pada suhu dan tekanan biasa. Pengiraan akan memainkan peranan penting dalam pencarian mereka – sebagai contoh, rekod tinggi superkonduktor H3S (-70 ° C) pertama kali secara teorinya diramalkan oleh saintis Cina menggunakan kaedah saya dan kemudiannya disintesis. Dengan kemunculan superkonduktor bilik, revolusi akan berlaku, dan akibat dari sebarang revolusi tidak dapat diprediksi.

№ 2. Thermoelectrics – bahan yang mengubah haba menjadi elektrik. Kini ada sekarang, tetapi penggunaannya terhad kerana kecekapan yang rendah.Sekiranya mungkin meningkatkan kecekapan sekurang-kurangnya dua kali, niche baru akan dibuka: thermoelectrics akan mengumpul haba parasit dalam kereta dan kapal terbang, akan menyediakan pakaian dengan sistem "kawalan iklim". Pengiraan menunjukkan bahawa ianya agak mungkin.

№ 3. Bahan untuk fotokatalisis. Di bawah tindakan cahaya, mereka menjadi teruja dan dapat mempercepat tindak balas seperti, sebagai contoh, membelah air untuk menghasilkan hidrogen atau mensintesis petrol buatan dari air dan CO.2. Akibatnya adalah jelas – revolusi dalam sektor tenaga.

№ 4. Magnet baru. Hampir semua magnet yang baik termasuk mahal dan sukar untuk melancarkan elemen nadir bumi. Saya benar-benar mahu menyingkirkan ini, dan dalam masa terdekat ini tugas ini dapat diselesaikan. Jika ini juga berjaya meningkatkan kecekapan (sama ada mungkin, sementara tidak jelas bahawa ada keraguan), jenis enjin asasnya akan tersedia. "


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: