Deras silkestrådar lyfter saker – ungefär som Spindelmannen

Här lyfter Spindelmannentekniken en kokong. Foto: Mark Lo Presti/Tufts University

I serietidningarnas och filmernas värld kan Spindelmannen både fånga bovar och kasta sig mellan skyskrapor tack vare de starka trådarna som skjuts ut från handleden.

Nu menar en grupp amerikanska och italienska forskare att de har skapat den första spindeltrådskastande tekniken i verkligheten.

Silkeslösningen fäster vid en skalpell, stelnar och lyfter skalpellen från sanden. Foto: Mark Lo Presti/Tufts University

De har utvecklat en vätska som kan skjutas ut från en nål, varpå den omedelbart omvandlas till fast fas och bildar en tråd, som sedan kan fästa sig vid och lyfta upp objekt. 

Forskarna har demonstrerat tekniken genom att plocka upp en stålskruv, ett labbrör som flöt på vatten, en skalpell delvis nedgrävd i sand och en träbit som låg 12 cm bort.

Genombrottet kom av en slump

Råvaran kommer från silkesmaskens kokonger, som kokas i en lösning så att de bryts ned till sina byggstenar, proteiner som kallas fibroin. Proteinlösningen kan sedan pressas ut genom smala nålar. Om vissa tillsatser blandas i vätskan bildar den då en tråd som går över i fast fas när den utsätts för luft.

Många forskare hämtar inspiration från naturen. Vid silkeslabbet på Tuftsuniversitetet i Massachusetts, USA, har till exempel kraftfulla lim som fungerar under vatten skapats med naturen som förlaga. Men spindlarnas förmåga att kontrollera styvhet, elasticitet och vidhäftningsförmåga i sina trådar hade forskarna tidigare inte lyckats återskapa.

Nu har de närmat sig. Genombrottet för den spindeltrådskastande tekniken kom av en slump.

– Jag arbetade med ett projekt för att tillverka extremt starka lim med silke-fibroin, och medan jag rengjorde mina glasbehållare med aceton, märkte jag ett nätliknande material som bildades på botten av glaset, säger Marco Lo Presti, forskarassistent vid Tuftsuniversitetet, i ett pressmeddelande.

Kan lyfta 80 gånger tyngre

Forskarna insåg att övergången till fast fas kunde ske snabbt, nästan omedelbart, tack vare dopamin, som används för tillverkning av lim. Dessutom visade det sig att den hastiga inblandningen av aceton gjorde att fibrerna fick hög draghållfasthet och klibbighet.

Genom att tillsätta kitosan, ett derivat av insekters exoskelett, samt en boratbuffertlösning, kunde forskarna öka draghållfastheten och klibbigheten ytterligare.

Tjockleken på trådarna som sköts iväg justerades med hjälp av olika storlekar på nålarnas diameter, från 0,1 millimeter som hos ett mänskligt hårstrå till cirka en halv millimeter.

Resultatet av forskarnas arbete blev ett verktyg som kan skjuta trådar och plocka upp objekt som väger 80 gånger mer än verktygets egen vikt vid olika förhållanden.

Naturliga spindeltrådar fortfarande starkare

I det här fallet kom inspirationen till forskningen mer från superhjältar än från naturen, enligt Marco Lo Presti:

– Spindlar spinner vanligtvis trådar från sina körtlar, fäster dem fysiskt vid en yta och drar ut trådarna för att bilda nätet. Vi demonstrerar ett sätt att skjuta en fiber från ett verktyg, sedan fästa vid och plocka upp ett objekt som ligger längre bort. Det här arbetet ska inte presenteras som ett bioinspirerat material, det är egentligen ett superhjälteinspirerat material, säger han i pressmeddelandet.

Naturliga spindeltrådar är cirka 1 000 gånger starkare än de människotillverkade trådarna i forskarnas studie. Men forskarna tror att resultaten kan vidareutvecklas och leda till flera applikationer.

Svenska forskare vill tillverka spindeltråd

Resultaten har publicerats i Advanced Functional Materials.

I Sverige pågår också forskning för att tillverka spindeltråd. Men inte för att efterlikna Spindelmannen utan för att tillverka implantat, textilier, rep och kompositmaterial.

Även startupföretaget Celluxtreme, avknoppat från KTH, ägnar sig åt en superstark tråd. Den är baserad på nanocellulosa och ska vara både starkare och styvare än spindeltråd.

LÄS MER

Startupens nya supertråd lockar svenska försvarindustrin

De printar jättekomponenter av titan – ”I detta är vi helt unika”

Chalmersforskarnas implantat ska ge blinda synen tillbaka

Han är först med Neuralinks hjärnimplantat: ”Det här är coolt”