Крапива поможет в разработке нового крепежа и медицинских инструментов
Команда ученых Датского технического университета впервые объяснила принципы формирования жал, колючек и шипов животных и растений. Они определили, как соотношение прочности и эластичности помогает структурам не ломаться.
Выводы исследования опубликованы в Nature Physics. Команда Кааре Хартвига Йенсена занимается биомиметикой – разработкой материалов и процессов со свойствами, позаимствованными у живой природы. Специалисты провели более 200 опытов, определяя свойства заостренных структур: от наномерных шипов вирусов до бивня нарвала. Как оказалось, при их создании природа пользовалась схожими принципами.
Личный интерес
На исследование команду подтолкнули постоянные проблемы при экспериментах. Пипетки, которыми берут материал из клеток, регулярно ломались. Специалисты провели модельные эксперименты, собрав данные о заостренных структурах более 200 видов животных и растений. Элементы имели разное предназначение, вроде обороны, крепления к поверхности или питания.
Ученые также рассмотрели заостренные объекты, изготовленные человеком: иглы для шприцев, древние копья, гвозди. Обширная база данных позволила понять, как природа получила колючки, достаточно прочные, чтобы проткнуть кожу, не потеряв в процессе острие.
«Опыты показали четкую связь длины и диаметра объекта – на кончике и у основания. Правильное соотношение обеспечивает прочность и эластичность структур: от отростков вирусов до «носа» рыбы-меч», — объяснил Йенсен.
Новые возможности для техники и медицины
Специалисты воспользовались результатами исследования для оптимизации дизайна инструментов. Новые пипетки упростят эксперименты с клетками.
«В будущем эти знания можно использовать для расчета оптимального дизайна заостренных объектов. Вроде инъекционных игл, эффективнее доставляющих лекарство, или гвоздей, позволяющих уменьшить расход сырья без ущерба для прочности», — сказал Йенсен.
