মাকড়সা যখন তাদের ওয়েবগুলি স্পিন করে, তারা তাদের পেছনের পাগুলি তাদের স্পিনারেটগুলি থেকে সিল্কের থ্রেডগুলি টানতে ব্যবহার করে। এই টানিং ক্রিয়াটি কেবল স্পাইডারকে সিল্ক প্রকাশ করতে সহায়তা করে না, এটি আরও টেকসই ওয়েবের জন্য সিল্ক ফাইবারগুলিকে শক্তিশালী করার একটি গুরুত্বপূর্ণ পদক্ষেপ।
একটি নতুন গবেষণায়, উত্তর -পশ্চিম বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে কেন প্রসারিতের ভূমিকা এত গুরুত্বপূর্ণ। একটি গণ্য মডেলটিতে মাকড়সা সিল্কের অনুকরণ করে, দলটি আবিষ্কার করেছে যে স্ট্রেচিং প্রক্রিয়াটি ফাইবারগুলির মধ্যে প্রোটিন চেইনগুলি সারিবদ্ধ করে এবং সেই চেইনের মধ্যে বন্ডের সংখ্যা বাড়িয়ে তোলে। উভয় কারণই শক্তিশালী, শক্ত তন্তুগুলির দিকে পরিচালিত করে।
তারপরে দলটি ইঞ্জিনিয়ারড স্পাইডার সিল্ক ব্যবহার করে পরীক্ষাগার পরীক্ষার মাধ্যমে এই গণনার পূর্বাভাসগুলিকে বৈধ করেছে। এই অন্তর্দৃষ্টিগুলি গবেষকদের শক্তিশালী, বায়োডেগ্রেডেবল স্টুচার এবং শক্ত, উচ্চ-পারফরম্যান্স, ব্লাস্ট-প্রুফ বডি আর্মার সহ বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ইঞ্জিনিয়ারড সিল্ক-অনুপ্রাণিত প্রোটিন এবং স্পিনিং প্রক্রিয়াগুলি ডিজাইন করতে সহায়তা করতে পারে।
গবেষণাটি শুক্রবার (March ই মার্চ) জার্নালে প্রকাশিত হবে বিজ্ঞান অগ্রগতি।
“গবেষকরা ইতিমধ্যে এই প্রসারিত বা অঙ্কনটি জানতেন, সত্যই শক্তিশালী তন্তু তৈরির জন্য প্রয়োজনীয়,” গবেষণার প্রবীণ লেখক নর্থ ওয়েস্টার্ন সিনান কেটেন বলেছেন। “তবে কেন কেউ অগত্যা জানত না। আমাদের গণনামূলক পদ্ধতির সাহায্যে আমরা ন্যানোস্কেলে যা ঘটছে তা পরীক্ষা করতে সক্ষম হয়েছি যা পরীক্ষামূলকভাবে দেখা যায় না এমন অন্তর্দৃষ্টি অর্জন করতে। আমরা কীভাবে অঙ্কন সিল্কের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে সম্পর্কিত তা পরীক্ষা করে দেখতে পারি।”
“মাকড়সাগুলি প্রাকৃতিকভাবে অঙ্কন প্রক্রিয়াটি সম্পাদন করে,” গবেষণার প্রথম লেখক উত্তর -পশ্চিমা জ্যাকব গ্রাহাম বলেছেন। “যখন তারা তাদের সিল্ক গ্রন্থি থেকে রেশম ঘুরিয়ে দেয়, মাকড়সাগুলি তাদের পেছনের পাগুলি ফাইবারটি ধরতে এবং এটি টেনে আনতে ব্যবহার করে That
বায়োইনস্পায়ার্ড উপকরণগুলির বিশেষজ্ঞ, কেটেন হলেন জেরোম বি কোহেন ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক, মেকানিকাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক এবং সহযোগী চেয়ার এবং নর্থ ওয়েস্টার্নের ম্যাককর্মিক স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের সিভিল অ্যান্ড এনভায়রনমেন্টাল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক। গ্রাহাম একজন পিএইচডি। কেটেনের গবেষণা গ্রুপে শিক্ষার্থী।
স্টিলের চেয়ে শক্তিশালী, কেভলারের চেয়ে শক্ত
গবেষকরা দীর্ঘদিন ধরে এর উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্যের কারণে মাকড়সার সিল্কে আগ্রহী। এটি স্টিলের চেয়ে শক্তিশালী, কেভলার এবং রাবারের মতো প্রসারিতের চেয়ে শক্ত। তবে তাদের প্রাকৃতিক সিল্কের জন্য কৃষিকাজের মাকড়সা ব্যয়বহুল, শক্তি-নিবিড় এবং কঠিন। সুতরাং, বিজ্ঞানীরা পরিবর্তে ল্যাবটিতে সিল্কের মতো উপকরণগুলি পুনরায় তৈরি করতে চান।
গ্রাহাম বলেছিলেন, “স্পাইডার সিল্ক সবচেয়ে শক্তিশালী জৈব ফাইবার।” “এটির বায়োডেগ্রেডেবল হওয়ারও সুবিধা রয়েছে। সুতরাং, এটি চিকিত্সা অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি আদর্শ উপাদান। এটি ক্ষত-ক্লোজারের জন্য অস্ত্রোপচারের স্টুচার এবং আঠালো জেলগুলির জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে কারণ এটি স্বাভাবিকভাবেই, দেহে নিরীহভাবে হ্রাস পাবে।”
সেন্ট লুইসের ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়ের (ওয়াশু) ফ্রান্সিস এফ আহমান অধ্যাপক স্টাডি সহকারী ফুঝং জাং বেশ কয়েক বছর ধরে মাকড়সা-সিল্ক উপকরণ তৈরির জন্য ইঞ্জিনিয়ারিং জীবাণু রয়েছেন। ইঞ্জিনিয়ারড মাকড়সা সিল্ক প্রোটিনগুলি এক্সট্রুড করে এবং তারপরে এগুলি হাত দিয়ে প্রসারিত করে, দলটি গোল্ডেন সিল্ক অরব ওয়েভার থেকে থ্রেডগুলির অনুরূপ কৃত্রিম তন্তু তৈরি করেছে, যা দর্শনীয়ভাবে শক্তিশালী ওয়েব সহ একটি বৃহত মাকড়সা।
প্রসারিততা অনুকরণ
মাকড়সা সিল্কের জন্য এই “রেসিপি” বিকাশ করা সত্ত্বেও, গবেষকরা এখনও স্পিনিং প্রক্রিয়াটি কীভাবে ফাইবারের কাঠামো এবং শক্তি পরিবর্তন করে তা পুরোপুরি বুঝতে পারে না। এই উন্মুক্ত সমাপ্ত প্রশ্নটি মোকাবেলা করার জন্য, কেটেন এবং গ্রাহাম ঝাংয়ের কৃত্রিম সিল্কের মধ্যে আণবিক গতিবিদ্যা অনুকরণ করার জন্য একটি গণ্য মডেল তৈরি করেছিলেন।
এই সিমুলেশনগুলির মাধ্যমে, উত্তর -পশ্চিম দলটি কীভাবে তন্তুগুলির মধ্যে প্রোটিনের বিন্যাসকে প্রসারিত করে তা অনুসন্ধান করেছিল। বিশেষত, তারা কীভাবে প্রোটিনের ক্রম পরিবর্তন করে, একে অপরের সাথে প্রোটিনের সংযোগ এবং তন্তুগুলির মধ্যে অণুগুলির চলাচলকে কীভাবে পরিবর্তন করে তা দেখেছিল।
কেটেন এবং গ্রাহাম আবিষ্কার করেছেন যে প্রসারিত করার ফলে প্রোটিনগুলি “লাইন আপ” তৈরি হয়েছিল, যা ফাইবারের সামগ্রিক শক্তি বাড়িয়েছে। তারা আরও দেখতে পেল যে স্ট্রেচিং হাইড্রোজেন বন্ডের সংখ্যা বাড়িয়েছে, যা ফাইবার তৈরির জন্য প্রোটিন চেইনের মধ্যে সেতুর মতো কাজ করে। গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে হাইড্রোজেন বন্ডের বৃদ্ধি ফাইবারের সামগ্রিক শক্তি, দৃ ness ়তা এবং স্থিতিস্থাপকতা অবদান রাখে।
গ্রাহাম বলেছিলেন, “একবার কোনও ফাইবার এক্সট্রুড হয়ে গেলে এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি আসলে বেশ দুর্বল হয়।” “তবে যখন এটি প্রাথমিক দৈর্ঘ্য ছয়গুণ পর্যন্ত প্রসারিত হয়, তখন এটি খুব শক্তিশালী হয়ে ওঠে।”
পরীক্ষামূলক বৈধতা
তাদের গণনার অনুসন্ধানগুলি বৈধ করার জন্য, দলটি ওয়াশু দল থেকে প্রোটিন চেইনগুলি কীভাবে প্রসারিত এবং বাস্তব ফাইবারগুলিতে সংযুক্ত করা হয়েছে তা পরীক্ষা করার জন্য স্পেকট্রোস্কোপি কৌশলগুলি ব্যবহার করেছিল। তারা ভাঙ্গার আগে তন্তুগুলি কতটা প্রসারিত করতে পারে তা দেখতে টেনসিল টেস্টিংও ব্যবহার করেছিল। পরীক্ষামূলক ফলাফলগুলি সিমুলেশনের ভবিষ্যদ্বাণীগুলির সাথে একমত হয়েছে।
গ্রাহাম বলেছিলেন, “আপনি যদি উপাদানটি প্রসারিত না করেন তবে আপনার কাছে প্রোটিনের এই গোলাকার গ্লোব রয়েছে।” “তবে প্রসারিত এই গ্লোবগুলিকে আরও বেশি সংযুক্ত নেটওয়ার্কে পরিণত করে। প্রোটিন চেইনগুলি একে অপরের উপরে স্ট্যাক করে এবং নেটওয়ার্কটি আরও বেশি আন্তঃসংযুক্ত হয়ে ওঠে। বান্ডিল প্রোটিনগুলি ফাইবার বিরতির আগে আরও উন্মোচন এবং প্রসারিত করার আরও সম্ভাবনা রাখে, তবে প্রাথমিকভাবে প্রোটিনগুলি কম এক্সটেনসিবল ফাইবারের জন্য বাড়িয়ে তোলে যা কম এক্সটেনসিবল ফাইবারের জন্য তৈরি করে।”
যদিও গ্রাহাম মাকড়সাগুলি কেবল ভয়ঙ্কর-ক্রোলি বলে মনে করতেন, তবে তিনি এখন তাদের বাস্তব সমস্যা সমাধানে সহায়তা করার সম্ভাবনা দেখছেন। তিনি নোট করেছেন যে ইঞ্জিনিয়ারড স্পাইডার সিল্ক অন্যান্য সিন্থেটিক উপকরণগুলির জন্য একটি শক্তিশালী, বায়োডেগ্রেডেবল বিকল্প সরবরাহ করে, যা বেশিরভাগ পেট্রোলিয়াম থেকে প্রাপ্ত প্লাস্টিক।
গ্রাহাম বলেছিলেন, “আমি অবশ্যই একটি নতুন আলোতে মাকড়সার দিকে নজর রাখি।” “আমি ভাবতাম যে তারা উপদ্রব ছিল। এখন, আমি এগুলিকে মুগ্ধতার উত্স হিসাবে দেখছি।”
“অঙ্কন প্রক্রিয়াটির ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মডেলিংয়ের মাধ্যমে সিন্থেটিক সিল্ক ফাইবারগুলির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির খামটি চার্টিং করা” এই গবেষণায় জাতীয় বিজ্ঞান ফাউন্ডেশন (অনুদান নম্বর ওআইএ -2219142 এবং ডিএমআর -2207879) দ্বারা সমর্থিত ছিল।