Kodaň 16. júna 2020 (HSP/Sputnik/Foto:Pixabay)
Nový výskum prvýkrát vysvetľuje, prečo tenké ostne žihľavy alebo sosáčik komára ľahko prepichnú kožu človeka, bez toho aby sa zlomili. Výsledky výskumu sú uvedené v časopise Nature Physics
Vedci z Dánskej technickej univerzity vykonali viac ako 200 experimentov a skúmali konštrukciu špicatých výrastkov, ktoré zvieratá a rastliny používajú na rôzne účely – prichytenie k povrchu, príjem potravy alebo obranu. Pozorovali, ako tvar tŕňov, ihiel, ostňov a žihadiel ovplyvňuje ich pevnosť.
Vedci vedení fyzikom Kaarom Hartvigom Jensenom zamerali svoju výskumnú činnosť v oblasti biomimetiky – vytváranie nových technológií a materiálov, založenej na nápadoch prevzatých zo živej prírody. Autori opakovane narážali na skutočnosť, že malé sklenené pipety, ktoré používali na extrakciu tekutiny z rastlinných buniek, sa rozpadali pri kontakte s bunkovou stenou. To vedcov rozčuľovalo a prinútilo ich k tomu, aby začali venovať pozornosť tenkým a odolným prírodným objektom, ktoré sa pri použití nelámu.
Skúmali ihly a špicaté výrastky z najrôznejších materiálov a všetkých možných veľkostí – od ostňov vírusov a mikroskopických rias veľkých len 50 nanometrov až po najdlhšiu “ihlu“ v prírode – 2,5 metrový kel narvala. Súčasťou výskumu boli aj umelé špicaté predmety, ktoré do značnej miery napodobňovali prírodné formy – klince, injekčné ihly a stará kopija dlhá až 6 metrov. Vedci hľadali optimálny pomer medzi pevnosťou a pružnosťou.
“Naše výsledky ukázali, že existuje jasná korelácia medzi dĺžkou ihly alebo ostňa a ich priemerom, a to ako v blízkosti špičky, tak aj v mieste, kde sú pripevnené k rastline alebo zvieraťu,” uvádza Jensenové slová tlačová správa univerzity. “Takýmto spôsobom je zabezpečená potrebná pevnosť a pružnosť špičky. Zároveň je jasné, že ostré zbrane prírody sú na pokraji fyzických možností a všetky prírodné projekty sú veľmi podobné, bez ohľadu na to, či sa pozrieme na vrcholky vírusu v nanoškále alebo na 1,5-metrový meč ryby mečiara. “
Aplikácia nových znalostí
Čo sa týka žihľavy, jej dlhé ostne pripomínajú ihlu injekčnej striekačky. Tvorené sklovitým kremíkom sú duté a na okrajoch vystužené. To dodáva ostrým chlpom mimoriadnu pevnosť.
Veľké množstvo pozorovaní umožnilo vedcom nájsť varianty tvarov, ktoré zaisťujú pevnosť a pružnosť. Podľa autorov môžu byť výsledky použité pri vývoji nových presných prístrojov a lekárskeho vybavenia.
“Tieto nové vedomosti o tom, ako vypočítať optimálny dizajn špicatého predmetu, môžu byť v budúcnosti použité napríklad k navrhovaniu injekčných ihiel pre najlepšiu implantáciu liekov alebo k vývoju klincov, čo umožní znížiť spotrebu materiálu bez straty pevnosti,” hovorí Jensen.
Samotní vedci už využili získané znalosti na vytvorenie sklenených pipiet nového dizajnu, ktoré sa počas biologických experimentov nelámu.