Yaklaşık 400 milyon yıldır doğada var olan örümcek ipeği, plastik kadar esnek ve çelikten beş kat daha sağlam doğal bir biyopolimer olma özelliği taşıyor. Biyobozunur ve tamamen geri dönüştürülebilir olmasıyla bilim insanlarının da yıllardır ilgisini çekiyor. İnsanlar, Spider-Man gibi vücudundan doğal yollarla ağ üretemese de bu yapının potansiyeli ve yapabilecekleri göz önünde bulundurulduğunda, örümcek ipeğinin endüstriyel üretiminin özellikle sağlık ve teknoloji alanlarında etkili olabileceği öngörülüyor.
Malzeme biliminde dayanıklılık (mukavemet) ve tokluk (enerji emme kapasitesi) genelde birbiri ile ters orantılı işler. Mukavemet-tokluk ikilemi (strength-toughness trade-off) olarak ifade edilen bu durum bir malzemenin dayanıklılığı arttıkça tokluğunun azalması anlamına geliyor. Örneğin cam ya da seramik gibi ürünler yüksek ağırlıkları taşıyabilecek kadar dayanıklı olsalar da esnek olmamaları sebebiyle kolayca kırılabiliyor. Bakır ve kurşun gibi malzemeler ise düşük dayanıklılıkları sebebiyle kolayca eğilip bükülebiliyor. Ancak örümcek ipeği yapısal olarak hem yüksek tokluğa hem de dayanıklılığa sahip. Kendisiyle aynı kalınlıktaki bir çelikten yaklaşık beş kat daha dayanıklı, saç telinden ince ve pamuktan hafif yapısıyla boyutunun yaklaşık iki katına kadar da esneyebiliyor. Bu özelliğinin arkasında ise tamamen proteinlerden ve binlerce paralel nano iplikçikten oluşan mikroyapısı bulunuyor. -40 ile 200 derece arasındaki sıcaklıklarda mekanik özelliklerini koruyabilen örümcek ipeği aynı zamanda bakteri barındırmıyor ve insan vücuduyla biyouyumluluk gösteriyor.
Bilim dünyasının merceğinde yer alan bu yapı, örümceklerin vücudunda bitmiş bir lif olarak üretilmiyor. Örümcekler, ipeği karın bölgelerindeki bezlerde su bazlı yoğun bir sıvı olarak saklıyor. Bu sıvı dışarı çıkmak için daralan bir kanaldan geçerken sudan uzaklaştırılıyor ve iyon dengesi değişiyor. Kanaldaki mekanik kuvvetler proteinleri hizalayarak katı bir lif haline geliyor. Ancak bu üretim sistemi laboratuvar ortamında tam olarak taklit edilemiyor. 1 kilogram için yaklaşık 1,3 milyon örümcek gerektiğinden doğal üretimi endüstriyel açıdan verimli olmuyor.
Yüzyıllardır çeşitli amaçlarla kullanılıyor
Kaynaklar, insanlığın yüzyıllardır örümcek ipeğinin potansiyelinin farkında olduğunu ve kısıtlı kaynaklarla da olsa kullandığını gösteriyor. Antik Yunan’da kan pıhtılaştırıcı ve yara iyileştirici özelliği sebebiyle kompres olarak kullanılırken Güney Pasifik ve Endonezya’da balık ağları ve dokuma kumaş yapımında örümcek ipeğinden faydalanılıyor. Aynı zamanda Yeni Gine’de yağmurdan koruyan şapkaların üretiminde kullanılan bu materyalin New York Amerikan Doğa Tarihi Müzesinde (American Museum of Natural History) sergilenen nadir bir kumaşın dokunmasında da kullanıldığı biliniyor.
Örümceklerin doğaları gereği bir arada bulunduklarında birbirlerini yemeleri ipeğin doğrudan hasat edilmesini oldukça zorlaştırdığından araştırmacılar ipeğin yapısını tamamen çözerek genetik ve kimyasal yöntemlerle üretilmesine odaklanıyor. Frontiers dergisinde yayınlanan makaleye göre bakteriler, mayalar, keçiler ve bitkiler gibi farklı organizmalara örümcek ipeği genleri aktarılarak üretimi deneniyor. Bakteri ve mayalardan az miktarda üretim yapılabilse de süreklilik sağlanamıyor. Genetiği değiştirilmiş keçilerin sütünden ise bir litrede 2-15 gram arası ipek üretilebiliyor. Araştırmacılar aynı zamanda ipek proteini üretebilen genetiği değiştirilmiş bitkiler üzerinde de çalışmalarını sürdürüyor.
Üretimi sağlanırsa pek çok alanda yenilik getirebilir
Bilim insanları bu konuda sadece üretim üzerine yoğunlaşmıyor. Aynı zamanda metal ekleyerek doğal ipeği güçlendirme çalışmaları da yürütüyor. Max Planck Enstitüsü ve Luther Üniversitesi araştırmacıları bu yöntemle titanyum ekledikleri ipek fiberlerin kopmaya karşı direncinin ve taşıma kapasitesinin 3 kat arttığını bildiriyor.
Yapay örümcek ipeğinin üretimi endüstriyel boyutlara ulaşacak düzeyde başarıldığında pek çok alanda yenilikleri de beraberinde getirmesi bekleniyor. PubMed Central’da yayınlanan bu konudaki farklı çalışmalara göre örümcek ipeği sağlık alanında biyobozunur ve alerji yapmayan cerrahi dikiş ipleri, sinir onarımı destekleri, yanık yarası örtüleri, doku uyumlu yapay tendonlar ve bağlar, insülin ve antikor tedavilerinde kontrollü ve hedefe yönelik ilaç iletimi sağlayan rezervuarlar oluşturulmasında kullanılabilir. Savunma sanayinde daha hafif ve daha dayanıklı kurşun geçirmez zırhların, havacılıkta çok dayanıklı paraşüt ipleri ve kompozit malzemelerin, teknolojik altyapıda ise optik ve elektro-mekanik kabloların üretiminde kullanılabileceği öngörülüyor.
Kaynak: The Conversation, 2N News