تارعنکبوت ،شکل های مختلفی دارد.معروف ترین آنها شبکه ای است که توسط عنکبوت معمولی تنیده می شود.این شبکه که برای ما آشنا است ،از رشته های شعاعی محکم وخشکی که از یک بخش مرکزی همانند میله های شعاعی چرخ منشعب اند ساخته شده است.به این رشته های شعاعی ،رشته های دیگری از تارهای چسبنده که به شکل مارپیچ (حلقه های هم مرکز)هستند،متصل اند.عنکبوت به هنگام حرکت روی تار خود ،فقط از روی تارهای شعاعی خشک می گذرد.تارهای مارپیچی،کش سان (مثل کش)هستند.این تارها در برابر باد ،باران وحشرات به دام افتاده ،کشیده می شوند.چگونه؟ علت را باید در ساختار تارها جستجو کرد .رشته های مارپیچی شکل ،ساختاری شبیه تسبیح دارند.هر یک از دانه های تسبیح،در واقع بخشی از تار است که در محل دانه پیچ وتاب خوردگی فراوان دارد وبه وسیله ی مایعی چسبناک پوشیده شده است وقتی نیرویی به تار وارو می شود،مثلا" وقتی باد می وزد یا حشره ای به دام می افتد ،پیچ وتاب خوردگی تار ها در محل دانه ها باز می شود ودر نتیجه ،تار کش می آید .در این حالت طول رشته ها تا چهار برابر می تواند افزایش یابد.بعداز قطع کشش دوباره رشته ها پیچ وتاب می خورندوبه حالت اول برمی گردند.علت این پیچ وتاب خوردگی مجدد،خاصیت کشش سطحی مایع چسبناکی است که گرداگرد دانه هارا فرا گرفته است.

عنکبوت از یک نوع تار دیگر هم بهره میجوید.این تار خط کشنده نام دارد.هر جا که عنکبوت می رود،درپشت سر خود خط کشنده را می تند.وقتی عنکبوت در تار خود است،اگر خطری اورا تهدید کند،به خط کشنده متوسل می شود وبا استفاده از آن به پایین سرازیر می شودتا خود را میان چمن ها وعلف ها ،پنهان کند.یا اینکه همانند یک آونگ در هوا می ماند تا خطر برطرف شود ودوباره به تار خود باز می گردد.

بحث

دانشمندان  دریافته‌اند که فیبرهای ابریشم عنکبوت‌ها از دو جزء اصلی آمورف نرم و سخت بلوری تشکیل شده‌اندبه گزارش ایسنا؛ عنکبوت ها تار ابریشمی را برای استفاده در تارهای خود و همچنین آویزان کردن خود از آن می تنند.دانشمندان بر این باور هستند که دلیل این استحکام باورنکردنی در ترکیب منحصر به فرد آن از یک ماده چسبنده و لزج بی شکل و یک ماده سخت بلورین نهفته است.

این مواد به صورت جداگانه از تاثیر زیادی برخوردار نیستند اما وقتی با هم ترکیب می شوند به تولید تار ابریشمی با قدرتی چند منظوره منجر می شوند.

در این پژوهش که توسط محققان موسسه علوم نظری هایدلبرگ در آلمان انجام شده به معماری فیبرهای ابریشمی از سطوح بالای اتمی نگاه شده است محققان اطلاعات جدیدی در مورد ساختار مولکولی به دست آوردند که زمینه ساز ویژگی های شگفت انگیز مکانیکی مواد طبیعی هستند.به گفته این دانشمندان، فیبرهای ابریشمی از خصوصیات جالب مکانیکی برخوردارند. آنها از استحکامی برابر با استیل برخوردارند.

دانشمندان همچنین دریافته اند که فیبرهای ابریشم عنکبوت ها از دو جزء اصلی آمورف نرم و سخت بلوری تشکیل شده اند.دانشمندان برای دستیابی به درک بهتر از کارایی این فیبرها یک روش محاسباتی بالا به پایین چند بعدی را اجرا کردند که از سطح اتم های سازنده زیرواحدهای آمورف و بلوری آغاز شده بود و محققان به تشریح همکاری های این اجزای اصلی پرداختند.

محققان از هر دو شبیه سازی مولکولی برای مطالعه زیرواحدهای تک و جفت و شبیه سازی المان محدود برای یک مدل فیبر جامع استفاده کردند.آنها دریافتند که زیرواحدهای آمورف نرم مسوول کشش ابریشم بوده و همچنین به توزیع فشار کمک می کند.حداکثر سختی ابریشم نیازمند میزان مشخصی از زیرواحدهای بلوری بوده و به شیوه ای که زیرواحدها در فیبر توزیع شده اند بستگی دارد

چرا پاهای عنکبوت به تارهایش نمی چسبد ؟

شاید به نظر عده ای آشیانه عنکبوتهای باغ اشرافی ترین خانه ها به حساب آید . زیرا این حشرات خانه های خود را ازتارهای ابریشم مانندی میسازند . شکم عنکبوتها در حکم سازنده این تارهاست . این کارخانه از 12غده مولد تارتشکیل شده است.
عنکبوت در هنگام تولید تار میتواند هر نوع تاری که خواست تولید کند . زیرا هر تار از مواد خاصی تولید شده و برای انجام کار ویژه ای ترشح می شود
نحوه تولید تار در عنکبوت بسیار پیچیده است . فقط عنکبوتهای ماده از تار لانه می سازند . عنکبوت برای اینکه بتواند حشرات را در لانه توری خود به دام اندازد , قسمتی از لانه را با تارهای چسبنده می سازد . ولی برای اینکه خودش در تله ای که برای حشرات پهن کرده است اسیر نشود یک نوع تار خشک نیز می تند و برای کلیه فعالیت های خود از آن استفاده می کند
مرکز لانه و به عبارتی سکوی انتظار عنکبوت کاملا از این نوع تار ساخته شده است . این تارها را یک جفت غده بطری شکل می سازند . از سکوی انتظار تارهای دیگری به صورت شعاعهایی خارج می شوند که از تار خشک ساخته شده اند . توسط این غدد تولید می شوند . اما تارهای چسبنده که به صورت مارپیچ بین شعاعها تنیده شده و از مرکز تا پیرامون لانه کشیده شده اند از دو جفت غده دیگر ترشح می شود یک غده تار خشک تولید می کند و دیگری هنگام خروج تار آن را به ماده چسبناک آغشته می
اگر حشرات پرنده به تور عنکبوت برخورد کنند این ماده به بدنشان می چسبد و اسیرشان می کند . عنکبوت در هنگام فعالیت در لانه به دقت مراقب است تا در تارهای چسبنده خود گرفتار نشود . مهمترین عاملی که عنکبوت را از افتادن در دام خود حفظ می کند ساختمان پاهایش می باشد . با گیره ها و موهایی که در انتهای پاهایش دارد می تواند تارهای خشک را بگیرد
عامل دیگر را می توان عمودی نبودن یا مورب بودن ساختمان لانه ذکر کرد . این زاویه انحراف از یکسو به عنکبوت امکان استراحت در قسمت پشتی لانه اش را می دهد و از سوی دیگر به وی اجازه می دهد تا از تارهای خشک بالا و پایین برود و با تارهای چسبناک تماس پیدا نکند 

تار عنکبوت، مقاوم‌ترین رسانای جهان

محققان دانشگاه فلوریدا موفق شدند تار عنکبوت را به یک ماده رسانای بسیار مقاوم تبدیل کنند

به گزارش ایرنا، محققان دانشگاه فلوریدا با استفاده از نانوتیوب‌های کربن، تار عنکبوت را به یک رسانای الکتریکی انعطاف‌پذیر و بسیار مقاوم تبدیل کردند.تار عنکبوت با وجود انعطاف‌پذیری فوق‌العاده، یکی از مقاوم‌ترین مواد موجود در طبیعت است.این ماده فوق‌العاده فاقد خاصیت رسانش الکتریکی است. محققان با ایجاد لایه نازکی از نانوتیوب‌های کربن روی تار عنکبوت توانستند آن را به ماده‌ای رسانا بدل کنند.

برای انجام این کار، محققان ابتدا تار نوعی عنکبوت موسوم به عنکبوت طلایی بافنده را جمع‌آوری کردند و سپس نانوتیوب‌های کربن قطبش یافته را به صورت گرد روی آن ریختند؛ به این ترتیب نانوتیوب‌ها به تارهای عنکبوتی که به طور طبیعی دارای بار الکتریکی هستند، می‌چسبند. سپس چند قطره آب روی ماده به دست آمده ریختند و آن را بین دو لایه نازک تفلون تحت فشار قرار دادند.

محققان پس از خشک شدن مواد، مجدداً لایه ضخیمی از نانوتیوب‌های کربنی را روی آن ریختند تا ماده‌ای را به دست آورند که سه برابر مقاوم‌تر از تارعنکبوت است.این ماده فوق‌العاده نسبت به پالس‌های الکتریکی حساس بوده و به راحتی می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی قلب انسان را شناسایی کند. به همین علت می‌توان از آن در تولید دستگاه‌های تشخیص ضربان قلب بهره گرفت.

همچنین این ماده رسانای جدید به دلیل انعطاف‌پذیری بالا، گزینه بسیار مناسبی برای تولید نسل جدید مدارهای الکتریکی محسوب می‌شود.

پیراهنی ابرمقاوم از جنس تارعنکبوت

شرکتی ژاپنی به نام Spiber با استفاده از تار عنکبوت نوعی حریر ابرمقاوم تولید‌ کرده‌است که در عین حال بسیار سبک‌وزن بوده و در ساخت تجهیزات مختلف کاربرد خواهد داشت.

براساس گزارش میل‌آنلاین،‌ این پارچه مصنوعی که به رنگ آبی براق تولید شده کیومونوز نام دارد که به زبان ژاپنی به معنای تار عنکبوت است.یک گرم تار عنکبوت مصنوعی تولیدی این شرکت پنج برابر یک گرم فولاد مقاومت دارد و از نایلون انعطاف‌پذیرتر است و حتی استحکام آن گاه از موادی که برای ساختن لباس‌های ضد‌گلوله استفاده می‌شوند نیز بیشتر است.

این لباس که در توکیو به نمایش درآمده است، به منظور نمایش دادن تکنولوژی که در پس تولید کیومونوز قرار دارد تولید شده‌است. دانشمندان از آن رو توجه خاصی به تار عنکبوت دارند که از نظر آنها این ماده را می‌توان در تولید طیف گسترده‌ای از تجهیزات،‌از طناب‌های چتر نجات گرفته تا عروق خونی مصنوعی مورد استفاده قرار داد.

تولید تار عنکبوت در غده‌ای چرخان آغاز شده و از طریق مجاری ویژه‌ای در محیطی که از میزان اسید، آب و مواد شیمیایی مشخصی برخوردار است به بیرون هدایت می‌شود. اما طبیعت تولید تار عنکبوت به گونه‌ای است که پرورش آن مشابه کرم ابریشم کار بسیار دشواری است زیرا در صورت نبود شکار این جانداران یکدیگر را می‌خورند

همچنین میزان تولید تار عنکبوت بسیار محدود است. از این رو این شرکت ژاپنی نسخه‌ای دست‌ساز از این ماده را با استفاده از ژن‌های دست‌کاری شده که پوشیده از باکتری‌های تولید کننده پروتئین فیبرون بودند، تولید کردند و فیبرون پروتئین موجود در تار عنکبوت است. این شرکت سپس با استفاده از تکنولوژی خود میکروب‌های حاوی فیبرون را کشت داده و تارهای تولیدی را به پارچه تبدیل کرد.

شرکت Spiber امیدوار است تا سال 2015 بتواند میزان تولید این تارهای عنکبوت مصنوعی را به سالانه 10 تن برساند.

عنکبوت از آب به عنوان حلال پروتئین ابریشم خود استفاده می کند .در عنکبوت مجاری تار ریسی وجود دارند . در بخش ابتدای هر مجرا ، غده های ترشحی وجود دارند که پروتئین سازنده ی تار را ترشح می کنند .در این  قسمت ملکول های پروتئین در حلال آب غوطه ورند و حالت بلور مایع دارند . در بخش دوم مجرا ، پمپ های پروتون ، فعالانه یون های H+ را به درون مجرا ترشح و آن جارا اسیدی می کنند در این محیط ، از خاصیت آب دوستی بلور مایع کاسته می شود .در نتیجه ، ملکول های آب از ابریشم تار جدا و به کمک پمپ Na+/K+ATPase از مجرا برداشته می شوند . مجرای تارریسی در انتهای خود باریک تر می شود . در نتیجه ی نیرویی که از عقب و دیواره ی مجرا به بلور مایع وارد می شود ، این بلور شکل رشته مانندی به خود می گیرد و با برداشت ملکول های آب حالت جامد تری پیدا می کنند .  بخش بعدی مجرا نقش مرکز کنترل کیفیت را دارد و در صورتی که پیوستگی تار مشکل داشته باشد ، آن را بر طرف می کند . بخش انتهایی مجرا ، محل خروج تار ریسیده شده است .چون در این بخش ، تار حالت جامد تری به خود می گیرد ، غده های ویژه ای مواد لغزنده کننده ای را به سطح داخلی مجراترشح می کنند تا خروج تار تسهیل شود .

کاربرد های تار عنکبوت :

تار عنکبوت از فولاد محکم تر است . با وجود این ، در مقایسه با فولاد بسیار سبک و انعطاف پذیر است . از این رو برخی آن را فولاد زنده  نامیده اند . این فولاد آن قدر محکم است که می توان از آن توری ساخت .و با آن یک بوئینگ 747 را متوقف کرد و در عین حال ، آن قدر سبک و انعطاف پذیر است که می توان از آن لباس تهیه کرد . بنابر این، کاربرد های آن در پزشکی و صنعت زیاد است .

کاربرد در پزشکی :

به دلیل محکمی و در عین حال انعطاف پذیری ، می توان از آن برای تهیه ی نخ جراحی ، زردپی و رباط مصنوعی و دستکش های جراحی بهره برد . تار عنکبوت نقش ضد عفونی کننده و پانسمانی نیز دارد . زیرا عنکبوت برای حفاظت تار پروتئینی خود در برابر باکتری و قارچ ها ، تارش را به مواد  ضد باکتری و ضد قارچ آغشته می کند . از این رو می توان از آن برای پانسمان زخم استفاده کرد

کاربرد در صنعت :

1. تولید طناب های بسیار محکم برای کوهنوردی ، چتر نجات و ....

2. تولید تور های ماهیگیری محکم                                  

3. تولید لباس غواصی مقاوم در برابر کوسه ها

4. تولید لباس ضد گلوله

آیا می توان همانند پرورش کرم ابریشم به پرورش ورام کردن عنکبوت ها نیز اقدام نمود؟

به علت نرم بودن تارهای عنکبوت به مثل ابریشم و سختی این تارها به مانند فولاد، اگر راهکاری مناسب جهت پرورش و رام کردن عنکبوت ها ارائه شود، آنگاه می توان از وجود عنکبوت ها درجهت رشد و توسعه اقتصادی، استفاده وافر نمود. محققین شیوه ای غیر از پرورش عنکبوت جهت تهیه تار عنکبوت پیدا کرده اند. به علت ناسازگاری عنکبوت ها با یکدیگر، که همدیگر را می بلعند، از طریق پروش و تکثیر عنکبوت ها به موفقیت هایی نایل نگردیده اند. تار عنکبوت ماده ای است که از لحاظ مهندسی مواد به مراتب بهتر از ابریشم های معمولی است، اما استفاده تجاری از آن تا کنون یک مشکل بوده است.

تارعنکبوت همانند DNA، بال پرندگان ومروارید درون صدف ، یکی از عجایب خلقت است. وزن هزاران متر از ابریشم بافته شده از تار عنکبوت، به بیش از یک گرم نمی رسد و عجایب آن به همین جا خاتمه نمی یابد. نوعی از انواع تار عنکبوت نیز وجود دارد که عنکبوت ها ازآن برای شکار حشرات بالدار استفاده می کنند. این نوع تار حتی اگر تا دوبرابر طول اولیه اش کشیده شود، دوباره به حالت اولیه اش باز می گردد.

بیش از یک قرن، محققان رویای استفاده از ویژگی های تار عنکبوت را در سر می پروراندند. اما مشکل این است که عنکبوت ها مانند کرمهای ابریشم نیستند. عنکبوت ها بیش از کرم های ابریشم پرخاشگر و قلمروطلب هستند که اهلی شوند.

با توجه به دست آوردهای به دست آمده از تحقیقات زیست شناسی مولکولی توسط یک تیم در دانشگاه ویومینگ مرکز نکزیا، هم اکنون درحال راه اندازی فرایندی برای تولید تار عنکبوت است. طی دهه گذشته، زندی لوییس و همکارانش به دنبال آن بودند که ژنهائی را که برای پروتئین های کلیدی رمز داشتند برای تولید چهار نوع تار عنکبوت، دنبال هم چیده و بافت زا کنند. از زمانی که این ژنها تعیین و دوباره سازی شدند، گروه ویومینگ آنها را به داخل باکتری وارد کردند تا پروتئین های مطلوب ساخته شوند. متاسفانه مقدار محصول آن قدر کم بود که از لحاظ اقتصادی فایده ای نداشت.

اما مرکز نکزیا موفق به ساخت پروتئین های تار عنکبوت شده است. نکزیا این کاررا با استفاده از بزهایی انجام داده است که تحت مهندسی ژنتیک بوده و پروتئین ها را در شیرشان ترشح می کنند. پروتئین ها به محض جمع آوری در شیره غلیظی از درخت افرا ریخته می شوند، سپس روزنه ها ی باریک آنها پر می شود تا زنجیره های پروتئین به صورت رشته هایی قوی مانند زیپ در آیند.

 از این تار به چه منظور می توان استفاده کرد؟

نکزیا تمایل دارد استفاده از این تارها را در کاربردهای معدود و با ارزش در پزشکی متمرکز کند. می توان از تارهای مرغوب عنکبوت به عنوان نخ بخیه در جراحی های چشم، عروق یا اعصاب استفاده کرد. به نظر می رسد تار عنکبوت برای این کار ایده آل باشد چرا که انعطاف پذیری و مقاومت نایلون را دارد. همچنین می توان از تار عنکبوت به عنوان زردپی یا رباط های حسی استفاده کرد.

استفاده های غیر پزشکی تارهای عنکبوت

از کاربرد های غیر پزشکی این تارها می توان به زره محافظ بدن اشاره کرد که تارها برای این منظور بسیار سبک تر و قابل انعطاف تر هستند. همچنین تارعنکبوت برای استفاده به عنوان طناب چترنجات نیز مناسب است و یا به عنوان کابل های سرعت گیری که در کاهش سرعت جت های جنگی هنگام فرود آمدن روی باند هواپیما استفاده شوند.مرکز نکزیا انتظار دارد تا چند سال آینده محصولات تجاری ای وارد بازار شوند که از تار عنکبوت ساخته شده باشند.

کشف راز استحکام تار عنکبوت

سلامت نیوز-مهندسان در ماساچوست مشغول بررسی نحوه تولید تارهایی مشابه تارهای عنکبوت هستند.

محققان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) اعلام کردند که به روشی برای تولید رشته‌های محکم و کشسانی شبیه به تار عنکبوت دست پیدا کرده‌اند.

به گفته این محققان، این رشته‌ها موسوم به نانو کامپوزیت‌های پلیمریک در تولید ابزار زیست پزشکی، برای محکم کردن بسته‌بندیها و یا تولید رشته‌های مقاوم در برابر پارگی قابل استفاده هستند.

پروفسور کارت مک کینلی در این باره اظهار داشت: دانشمندان به راز تار عنکبوت پی برده و دریافته‌اند که راز استحکام این تارها در ترتیب استحکام نانو کریستال‌های تار در حین تولید شدن است.

وی خاطرنشان کرد: اگر شما به دقت به ساختار تار عنکبوت نگاه کنید درمی‌یابید که مملو از شمار زیادی از کریستال‌های بسیار کوچک است، این ساختار بسیار مستحکم است.

 ساخت سیم های میکروسکوپی الکترونیکی از تار عنکبوت

به دنبال یافتن اسرار تار عنکبوت، دانشمندان سالها وقت صرف تحقیق، روی مواد سازنده الیاف کردند تا خواص مکانیکی آن را توجیه کنند. تارهای عنکبوت با قطر 2 تا 5 میکرومتر، بسیار نازک و تقریبا نامرئی، ولی در عین حال نسبت به اندازه شان فوق العاده محکم هستند، و می توانند تا چهار برابر طول اولیه خود کش بیایند، هر کس که به یک اتاق زیر شیروانی یا انباری رفته است می داند که چه قدر راحت به هر چیزی می چسبند.

پوست مصنوعی

دانشمندان دانشگاه هانوور آلمان معتقدند تار عنکبوت ممکن است راهگشای ساخت پوست مصنوعی باشد.پیوندهای پوستی برای درمان قربانیان سوختگی و سایر بیماران بسیار حیاتی است. برای مثال تنها در آمریکا تعداد 6.5 میلیون بیمار با جراحت‌های مزمن مانند زخم بستر مواجهند که سالانه هزینه‌ای بالغ بر 25 میلیون دلار را به اقتصاد درمان آن کشور تحمیل می کند.

 به جای استفاده از پوست بدن برای پیوند، دانشمندان دانشکده پزشکی هانوور آلمان در حال کار بر روی پوست مصنوعی هستند. در حالت مطلوب، این پوست باید مورد قبول بدن قرار بگیرد، سلولهای پوستی تعبیه شده در آن با بافت از بین رفته جایگزین شده، در طول زمان با رشد پوست جدید به صورت ایمن تجزیه شود و از قدرت کافی برای تحمل خشونت‌هایی که پوست عادی با آنها مواجه می‌شود، برخوردار باشد. مواد بررسی شده تاکنون از این قدرت لازم برخوردار نبوده‌اند. اکنون دانشمندان قصد دارند از تار ابریشمی عنکبوت برای این کار استفاده کنند.تار عنکبوت یکی از محکمترین مواد طبیعی شناخته شده بوده و در فرهنگ عامه از 2000 سال پیش از ارزش بالقوه پزشکی تارها در مبارزه با عفونت، جلوگیری از خونریزی، درمان زخمها و همچنین به عنوان یک رباط مصنوعی استفاده شده است.به گفته این محققان، کشش و قدرت خارق‌العاده تارهای عنکبوت، عامل مهمی برای کنترل و انتقال آسان بسیاری از پیوندها محسوب می‌شود. علاوه برآن، برخلاف ابریشم به دست آمده از کرم ابریشم، تار عنکبوت باعث واکنش دفع بدن نمی‌شود.محققان برای آزمایش سودمندی تار عنکبوت ابتدا این تارها را با ضربه زدن به غدد تار عنکبوت‌ها گرفته و فیبرها را پیچیدند. آنها سپس بر روی قابهای فلزی شبکه‌هایی از این تارها را بافتند. این پژوهشگران دریافتند که سلولهای پوستی انسان بر روی این تارها با استفاده از مواد مغذی، گرما و هوای لازم می‌تواند رشد کند. آنها توانستند دو سلول اصلی پوست کراتینوسیت و فیبروبلاست را در الگوهای بافت مانند شبیه بشره یا لایه بیرونی پوست و غشاء میانی پوست که حاوی مویرگها، پایانه‌های عصبی، غدد عرق، فولیکول‌های مو و سازه‌های دیگر است، کشت کنند.در حال حاضر جمع‌آوری میزان زیادی از تار عنکبوت برای استانداردهای صنعتی عملی نیست. اخیرا گروههای پژوهشی زیادی در حال بررسی راههای ساخت تار عنکبوت مصنوعی هستند.

نتیجه

با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد این اعجوبه خلقت ،عنکبوت ،در تنیدن تار وبا توجه به خواص فراوان فوق الذکر تارهای او و همچنین کاربرد های وسیع ومفیدی که در عرصه های مختلف پزشکی ،صنعت،اقتصاد،و... دارد امیدواریم محققان کشورما نیز در صدد بهره برداری از این محصول برآیند و هر چه زودتر در عرصه جهانی ما نیز جلو دار فناوری استفاده از آن باشیم. به امید آن روز.

برگرفته از کتاب : معماری حیوانات