تطوير مادة فائقة القوة مستوحاة من حيوان البطلينوس

في عام 2015 ، تم اكتشاف أن أقوى مادة نشطة بيولوجيًا كانت موجودة في رخويات بحرية ذات قشرة ضحلة على شكل مخروطي ، وغالبًا ما تكون مرتبطة بالصخور.

تستخدم هذه الرخويات البحرية التي تشبه الحلزون ألسنتها مسلحة بأسنان مجهرية لكشط الطعام من الصخور في أفواهها. تحتوي هذه الأسنان على مادة مركبة صلبة ومرنة. وقد ثبت أن هذه المادة أقوى من أنسجة العنكبوت ويمكن مقارنتها بالمواد التي يصنعها الإنسان ، بما في ذلك ألياف الكربون والكيفلار.

نجح الباحثون الآن في محاكاة أسنان القشرة في المختبر واستخدامها لإنشاء مادة مركبة حيوية جديدة. تشير الدراسة ، التي نُشرت في مجلة Nature Communications ، إلى أنه يمكن تطوير المادة إلى مادة فائقة القوة ، وقادرة على مطابقة قوة ومرونة المواد الاصطناعية ، والتخلص منها دون إحداث نفايات ضارة.

يقول المؤلف الرئيسي روبن رومني من كلية الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية بجامعة بورتسموث: “تُستخدم جميع المركبات الاصطناعية مثل الكيفلار بشكل شائع ، ولكن عملية صنعها يمكن أن تكون سامة ، والتكرير صعب ومكلف للتحلل في النهاية.”

ما الذي يعطي أسنان القشرة هذه القوة التي لا تقهر؟

يكمن السر في بنية مميزة تحتوي على مزيج من الألياف المرنة والمضغوطة من مادة داعمة تسمى الكيتين ، تتخللها بلورات صغيرة من معدن حديدي يسمى الجيوثايت. تتشابك هذه الألياف بطريقة تشبه إلى حد بعيد استخدام ألياف الكربون تقوية اللدائن.

لإنتاج هذه المادة خارج بيئتها الطبيعية ، طور الباحثون طرقًا لترسيب الكيتين وأكسيد الحديد على الزجاج المطلي بالمصل ، تمامًا كما هو الحال في عصر المحار.

بعد أسبوعين ، تم تنظيم هذه المواد في هياكل مشابهة لعضو بلح البحر الذي يشكل الأسنان ، والمعروف باسم القلح. ويلاحظ هذا التجدد النشط أيضًا في الإسفنج ، لكن الإسفنج يفتقر إلى الترتيب المعقد للأنسجة والأعضاء الموجودة في بلح البحر وغيرها. الرخويات.

يقول رومني: “أمضيت ستة أشهر في التحضير لهذه العملية وقمت بكل تغيير يمكنني التفكير فيه حول ما قد تحتاجه الخلايا وكيف ستنمو”. إنه مختلف تمامًا عن زراعة البكتيريا أو الخلايا السرطانية التي تنمو عادةً في بيئة معملية ، لذلك كان علينا معرفة ما يمكن أن ينجح من الصفر.

بديل أساسي للبلاستيك

بعد تقليد بنية أسنان بلح البحر بنجاح ، تمكن الفريق من إنتاج عينات من المادة الحيوية بحجم نصف سنتيمتر تقريبًا عن طريق تعدين كتلة من الكيتين ، وهو منتج ثانوي من مخلفات الأسماك البحرية الموجودة في الهياكل الخارجية للقشريات وسرطان البحر والروبيان.

بعد ذلك ، يريد رومني والفريق استكشاف إمكانية تضخيم هذه العينات الصغيرة وصنعها على نطاق واسع.

يقول رومني: “خطوتنا التالية هي إيجاد طرق أخرى لإنشاء الهيكل الحديدي”. لذلك ندرس إفرازات خلايا البطلينوس من أجل فهم أفضل. إذا نجح ذلك ، فسنكون جاهزًا بالفعل للقراءة الجينية للعضو ويمكننا عزل الجينات الضرورية وربما وضعها في البكتيريا أو الخمائر لإنتاجها على نطاق واسع “.

وأضاف: “لدينا أزمة نفايات بلاستيكية في المحيطات الآن ، وأعتقد أنه من المفارقات الرائعة معرفة كيفية حمايتها باستخدام بدائل حيوية بحرية لتحل محل البلاستيك”.

قال المؤلف الرئيسي للورقة ، البروفيسور دارك جوريكي من كلية بورتسموث من الجامعة: “لقد بدأت هذا المشروع بدافع الفضول مع تحدٍ لمعرفة ما إذا كان بإمكاننا استنبات الخلايا من المحار باستخدام المبادئ المطبقة في مختبري لاستزراع خلايا الثدييات”. بورتسموث. الصيدلة والعلوم الطبية الحيوية. لم يكن فقط مشروعًا طموحًا لم تظهر تطبيقاته العملية الآن فحسب ؛ قد يكون مشروعًا غير واقعي. وعندما ينجح ، يكون العلم في أفضل حالاته “.

اقرأ أيضًا:

أقوى مادة طبيعية معروفة في العالم!

مما يتكون الرمل؟

ترجمة: إيهاب عيسى

تحرير: المجد لعلي