Təbiət insanları müxtəlif bionik strukturlar hazırlamağa ilhamlandırıb. Təbii hörümçək ipəyinin əla möhkəmliyi və sərtliyi əsasən onun β-vərəq çarpaz birləşmə nöqtələri, yüksək düzülmüş molekulyar zəncirlərə malik spiral nanomodullar və sərt örtüklər və yumşaq nüvələr kimi xüsusi iyerarxik quruluşu ilə əlaqədardır. Bir çox tədqiqatçı süni liflərin daha yaxşı xüsusiyyətlərinə nail olmaq üçün bu xüsusiyyətləri simulyasiya edib. Lakin, əyirmə prosesindən məharətlə istifadə etmək və eyni zamanda bu iyerarxik xüsusiyyətləri reallaşdırmaq çətin olaraq qalır.

Zun-feng liu bu yaxınlarda Nankai Universiteti, Çin Əczaçılıq Universiteti Zhou Xiang mei-fang zhu ilə birlikdə Donghua Universitetinin tədqiqat qrupu, hörümçək ipəyi zülal quruluşundan ilhamlanaraq, bir növ həll olunan çarpaz bağlayıcı nano gelinin hazırlanması, hörümçək ipəyinin əyirilməsi və çarpaz bağlayıcı lifin iyerarxik quruluşuna bənzər şəkildə, yüksək möhkəmlik və yüksək davamlılığa malik birbaşa iplik lif materialları kimi yeni bir strategiya təqdim edir.

Hörümçək ipəyi zülallarındakı β-lopalar çarpaz əlaqələndirmə nöqtələri kimi çıxış edir və onların çarpaz əlaqələndirmə şəbəkələri nanosölçülü kürəvi zülalların içərisində yerləşir. Nəticədə, hörümçək ipəyi zülalları həll olur və öz-özünə yığılma yolu ilə birbaşa laylı liflərə fırlana bilər. Hörümçək ipəyinin quruluşu və fırlanma prosesindən ilhamlanan tədqiqatçılar daxili çarpaz əlaqələndirmə şəbəkəsinə malik həll olunan nanogellər hazırladılar. Müxtəlif monomerlər üçün uyğun nanogellər sərbəst radikal polimerləşmə prosesində çarpaz əlaqələndirici maddənin konsentrasiyasını idarə etməklə hazırlanmışdır. Çarpaz əlaqələndirici maddənin tərkibi 0.15%-dən 1.05%-ə qədər artdıqda, nano-gel makromolekullarının diametri və aqreqasiya miqdarı tədricən artır.

Nanogelin dartılma fırlanma qabiliyyəti ilə hissəcik ölçüsü arasındakı əlaqəni araşdırmaq üçün tədqiqatçılar mexaniki gərginliyi ölçərkən liflər qırılana qədər lifləri mexaniki test cihazında fırladılar. Nəzəri model kritik gərginliyin nanohissəciklərin radiusunun kvadrat kökü ilə tərs mütənasib olduğunu proqnozlaşdırır.

Nanokomponentlərin ölçüsünün və düzülüşünün liflərin mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün nüvə əmələ gətirən hissəciklər əlavə etməklə tənzimlənə biləcəyini daha da araşdırmaq üçün tədqiqatçılar tək divarlı karbon nanotubları/polidopamin (SWNT-PDA) kompleksi hazırladılar və SWNt-PDA iştirakı ilə 0.15% çarpaz bağlayıcı maddə ilə nanogel sintez etdilər. Nüvə əmələ gətirən hissəciklərin nano-gel liflərinin strukturuna və xüsusiyyətlərinə təsiri öyrənildi. Nəticələr göstərir ki, SWnT-PDA tərkibinin artması ilə nanogel liflərinin qırılma möhkəmliyi, qırılma gərginliyi və möhkəmliyi artan bir tendensiya göstərir və nanokomponentlər daha səliqəli şəkildə düzülür və orta diametr azalır.

Əvvəlcədən dartılma yolu ilə molekulyar zəncir düzülüşü əhəmiyyətli dərəcədə artır və orta lif diametri azalır. 50% əvvəlcədən dartılma gərginliyinə malik liflər üçün struktur təkamül mexaniki möhkəmliyi əhəmiyyətli dərəcədə artırır və qırılma zamanı uzanmanı azaldır. Daha da burulma optimallaşdırmasından sonra nəhayət, 1.27gpa lifin qırılma gücü və 383MJ/m3 möhkəmlik kombinasiyası əldə edilir ki, bu da təbii hörümçək ipəyinin performans dəyərinə çox yaxındır.

Əlaqəli iş "Hierarchically Structured Artificial Spider Silk Spinning üçün Protein-like Nanogel" başlığı altında Advanced Materials jurnalında dərc edilib.