A csiganyál titka

A természet legokosabb kenőanyaga mindent forradalmasíthat

A csigák nyálkája nem egyszerűen ragacsos váladék, hanem a természet egyik legfejlettebb, úgynevezett nem-newtoni anyaga. Ez a különleges gél egyszerre képes szilárd ragasztóként és folyékony kenőanyagként működni a puhatestű talpa alatt. A kutatók most feltárták a mechanizmust, amely az orvosi hidrogélektől a robottudományig új távlatokat nyithat. A csigák lassú, komótos mozgása mögött meglepően bonyolult fizikai és kémiai folyamatok rejtőznek. Amikor az állat egy függőleges üvegfelületen vagy egy éles növényi száron halad át, egy olyan anyagot bocsát ki, amely pillanatok alatt képes megváltoztatni a szerkezetét. Az Ars Technica beszámolója szerint a tudósok régóta tanulmányozzák ezt a folyadékot, ám a legújabb, molekuláris szintű vizsgálatok mutatták meg igazán, miként képes az állat a nyálka viszkozitását igény szerint szabályozni. A csiganyál úgynevezett nem-newtoni, komplex folyadékként viselkedik. A nem-newtoni folyadék olyan folyadék, ami nem követi a Newton-féle viszkozitási törvényt. Newton elmélete szerint a viszkozitás – a folyadék belső súrlódását jellemző anyagi paraméterként – állandó. A nem-newtoni folyadékok viszkozitása azonban nem állandó, nem csak a hőmérséklet függvénye, hanem a nyírófeszültséggel, illetve a sebességgradienssel is változik. Nemnewtoni folyadék például a ketchup, a majonéz, a festékek, a körömlakk, a joghurt, a krémek, a sampon, és még számos egyéb háztartási dolog. A reológia pedig az anyagok folyásával és alakváltozásával, deformációjával foglalkozó tudományág. Míg a víz viszkozitása tehát állandó a ráható nyírófeszültségtől függetlenül, a csiganyál esetében a folyási határ és a nyírásra híguló tulajdonság dominál. Amikor a csiga pihen vagy kapaszkodik a talpizmaival, a váladék szilárd gélként viselkedik, megtartva az állat testsúlyát. Amikor azonban a csiga talpizmai összehúzódnak és nyíróerőt fejtenek ki az anyagra, a gél szerkezete átmenetileg felbomlik, felveszi a folyékony állapotot, és lehetővé teszi a zökkenőmentes siklást. A csiganyál fő alkotóelemei a mucin fehérjék és a víz, amelyeket kalciumionok és kovalens kötésű cukormolekulák hálózata tart össze. A mucinok nagy méretű, erősen glikozilált glikoproteinek, amelyek hálózatszerű polimermátrixot képeznek. (A glikoziláció biokémiai folyamata során egy cukormolekula (szénhidrát) kapcsolódik hozzá egy fehérjéhez vagy egy zsírmolekulához.) Amikor a csiga mozog, a mechanikai hatás felbontja a fehérjehálózat gyengébb, másodlagos kötéseit, ami drasztikusan csökkenti a folyadék belső súrlódását. Mihelyt a nyíróerő megszűnik, a kötések másodpercek töredéke alatt újraképződnek, és az anyag azonnal visszanyeri szilárd, gél szerkezetű tartását. A bioinspirált anyagok fejlesztésével foglalkozó mérnökök számára a csiganyál szintetikus reprodukciója valódi áttörést jelenthet. A hagyományos sebészeti ragasztók vagy szövettani gélek gyakran túlságosan merevek, vagy nedves környezetben elveszítik a tapadási képességüket. A csiga által használt molekuláris szerkezet másolásával azonban olyan biokompatibilis hidrogélek hozhatók létre, amelyek belső szervek, nedves szövetek és vérző sebek gyors, varratmentes lezárására is alkalmasak. Az anyagtudomány mellett a lágyrobotika is sokat profitálhat a felfedezésből. A szárazföldi vagy akár vízi környezetben mozgó autonóm mikrorobotok számára olyan intelligens kenőanyagokat fejlesztenek, amelyek kiküszöbölik a mechanikai alkatrészek súrlódási kopását. A csiganyál dinamikus átrendeződési képessége lehetővé teszi, hogy a mikromechanikai elemek minimális energiafelhasználással haladjanak nehéz terepen. A kutatók célja most az, hogy a csigák által szintetizált mucinanalógokat mesterséges úton, biológiailag lebomló polimerekből állítsák elő. Mivel a csigák mikroszkopikus mennyiségű nyálkával képesek hatalmas tapadási és kenési hatékonyságot elérni, a mesterséges csiganyál ipari méretű gyártása a környezetbarát csomagolóanyagoktól kezdve a vízálló ipari bevonatokig számos ágazatban helyettesítheti a kőolajszármazék alapú szintetikus ragasztókat. A puhatestűek évmilliók során tökéletesített kémiai trükkje jól mutatja, hogy a legfejlettebb technológiai megoldásokért néha csak a lábunk elé kell néznünk. A csiganyál precíz molekuláris architektúrája nemcsak a természet lenyűgöző adaptációs képességét bizonyítja, hanem a jövő intelligens anyagainak alapkövét is leteszi.

forrás: blikk.hu