Gyvosios gamyklos

Gyvosios gamyklos

Romanas Fishmanas
"Populiariausi mechanika" № 11, 2017

Švytintys zuikiai ir šilkas su nanovamzdeliais: mokslininkai pasiruošę paversti gyvūnus ir augalus fabrikuose ateities medžiagoms gaminti.

Vabzdžiai ir vorai ištobulino pluoštų audimo meistriškumą šimtus milijonų metų, mokydami kurti neįtikėtinai stiprią ir lengvą, biologiškai suderintą ir chemiškai inertišką medžiagą. Gaila, kad žmonių naudojimas tūkstantmečiams yra susijęs su banaliu šilko audinių gamyba. Nors kuo geriau mes žinome šių biofiberų savybes, tuo daugiau jis atrodo kaip prisivilioti mikroskopu. Paimkite bent tinklą – medžiaga yra patikimesnė nei plienas (atsparumas tempimui 1,0-2,7 GPa) ir lengvesnis už anglies pluoštą (tankis 1,3-1,4 g / cm3) Jos savybės yra palyginamos su geriausiomis Kevlaro ir netgi naujo pluošto versijomis, papildomai sustiprintais molekuliniais "mazgais" polimero grandinėse. Puikūs drabužiai ir kabeliai, patvarūs biologiškai skaidūs maišai, chirurginės stygos ir net kūno šarvai išeis iš interneto.

Šios savybės išauga iš sudėtingos vorinių siūlų struktūros. Spidero baltymai, tokie kaip spidroin, išskiriami specialiomis liaukomis ir daugiausia susideda iš amino rūgščių glicino ir alanino.Kadangi sekretas kietėja ore, mažas ir judrusis glicinas sudaro elastinę ir amorfinę bazinę struktūrą, o alaninas organizuojamas į stiprias "kristalines" sritis, kurios papildomai gali būti sujungtos su serino aminorūgščių likučių sulfido tilteliais. Tai tikra biokompozicija, kurios sudėtingos struktūros leidžia pasiekti unikalių savybių. Papildomos molekulės gali būti įtrauktos į amorfinę bazę, suteikiant žiniatinklyje naujas savybes: pvz., Pirolidinas puola skruzdes ir tuo pačiu metu aktyviai įsisavina vandenį, išlaikydamas tinklą optimaliai hidratuotuose būsenose.

Sutvirtinimas

Tokių "legiruojančių" junginių buvimas nėra įprastas natūraliems polimerams. Metalų įtvarai sustiprina kai kurių vabzdžių žandikaulius, o mineraliniai kristalai – tai gastropodų jūrinių lentynų dantys, kurie yra patvaresni iš visų natūralių medžiagų. Nenuostabu, kad mokslininkai taip pat bando patobulinti žiniatinklio savybes, įvedant dirbtinius priedus – nanodaleles, anglies nanovamzdelius ir net kadmio puslaidininkinius mikrokristalus, kurių danga sukėlė žiniatinklio fluorescenciją. Paprastai jie tiesiog purškiami siūlai.Nebuvo įmanoma įpurškti dalelių į savo struktūrą tol, kol italų ir britų fizikas Nikola Puño nepraplisti gyvūnų su vandeniu grafeno dribsnių ir nanovamzdelių.

2015 m. Jo komanda sugebėjo parodyti, kad veikia toks paprastas metodas: būtini priedai patenka į arachnoidą, tuo metu padidėja jo patvarumas ir tempiamasis stipris. Šį metodą nedelsiant panaudojo Kinijos mokslininkai, naudojant tą patį metodą, kad šilko pluoštas du kartus didesnis. Tuo tarpu profesorius Punio patobulino jo metodą, o 2017 m. Rugsėjo mėn. Paskelbė apie dešimties skirtingų vorų srovių tyrimus, kurie buvo padengti vienkartinėmis nanovamzdelėmis arba grafate išskiriamu grafu. Maksimalūs jų interneto rodikliai pasirodė gerokai geresni nei natūralūs: dėl nanovamzdelių, viena iš krypčių sugebėjo atlaikyti iki 5400 MPa apkrovą ir sugerti iki 1567 J / g energijos prieš sugriuvus. "Natūralų sustiprinimo procedūrą taip pat galima naudoti kitiems gyvūnams ir augalams", – teigia Puño ir jo kūriniai yra tikri, "tai sukels naują klasę naujoviškų bioninių kompozitinių medžiagų.

Gamyba

Italijos profesorius jau daugiau nei metus bando sujungti nanotechnologijas ir biotechnologijas. Jis net patentuotas metodu gaminti "sustiprintą" porėtą gumą su nanovamzdeliais, kuriame ertmės yra sukurtos fermentuojant mieles. Dabar "Puño", atrodo, ketina paversti gyvus organizmus į aplinką tausojančias gamyklas su pažangiomis medžiagomis. Tiesą sakant, biokomponentai, tokie kaip gastropodų mollusk chitinous dantys arba spiderwebs, yra geresni už daugelį dirbtinių analogų, o mokslininkai neatsisakė bandymų kurti technologijas jų pramonės sintezei ir modifikavimui. Jie sugeba išskirti spidroiną iš vorinių liaukų ir jį panaudoti pluošto grandinėms sudaryti naudojant elektrostatinius ir kitus metodus. Vis dėlto visi šie metodai yra sudėtingi, laboratoriniai ir juos išmėgina ekonomiškai perspektyvi gamyba, dar neįmanoma.

Ar jie reikalingi, jei veiksmingi natūralūs gamintojai nusileistų, plauktų ir tiesiog augtų: chitino gamyklų gastropodai, spidroinams donorai su spideriais, sustiprinti nanovamzdeliais … Mūsų klausimas, kokios medžiagos gali būti "tobulinamos" tokiu būdu, Nikola Puño atsakė: "Taip, tiesiogine prasme viskas, įskaitant natūralias vabalas, medis ir ttPavyzdžiui, mokslininkai teigia, kad tokie sprendimai ne tik užtikrins geriausias medžiagų savybes, bet ir leis juos naudoti net medicinoje. Na, kaip padidinti mūsų kaulų stiprumą, įvedant į juos nanovamzdžius? "Iki šiol tai skamba pernelyg fantastiška. sako profesorius Punio, bet, tačiau niekada nesakyk "niekada". "

Kokias neegzistuojančias medžiagas tikitės artimiausioje ateityje?

Artemas Oganovaschemikas, kompiuterių dizaino specialistas naujoms medžiagoms:

Nr. 1. Supravadai. Buvo tikra viltis kurti medžiagas, kurios išlaiko nulinį atsparumą net ir įprastu temperatūra ir slėgiu. Skaičiavimai bus pagrindinis jų paieškos vaidmuo, pvz., Aukšto temperatūros superlaidininkas H3S (-70 ° C) pirmą kartą teoriškai prognozavo Kinijos mokslininkai, naudojantys mano metodą ir tik tada sintezavę. Su kambario superlaidininkų atsiradimu įvyks revoliucija ir bet kokios revoliucijos pasekmės yra nenuspėjamos.

№ 2. Termoelektriniai elementai – medžiagos, kurios perka šilumą į elektros energiją. Esama dabar, tačiau jų naudojimas yra ribotas dėl mažo efektyvumo.Jei bent dvigubai galima padidinti efektyvumą, bus atidarytos visiškai naujos nišos: termoelektriniai automobiliuose ir lėktuvais surinks parazitinę šilumą, suteiks drabužius su "klimato kontrolės" sistema. Skaičiavimai rodo, kad tai yra gana įmanoma.

№ 3. Fotocatalizės medžiagos. Pagal šviesos poveikį jie tampa susijaudinęs ir gali pagreitinti tokias reakcijas kaip, pavyzdžiui, vandens suskaidymas vandeniliui gaminti arba sintezuojant dirbtinį benziną iš vandens ir CO.2. Pasekmės yra aiškios – energetikos sektoriaus revoliucija.

№ 4. Nauji magnetai. Beveik visi geri magnetai yra brangūs ir sunkiai redukuojami retųjų žemių elementai. Aš tikrai noriu tai atsikratyti, ir artimiausiu metu ši užduotis gali būti išspręsta. Jei taip pat pavyks pagerinti efektyvumą (ar tai yra įmanoma, nors neaišku, ar yra abejonių), iš esmės bus naujų variklių tipų. "


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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