Bilim, Örümcek Adam’ın Ağ Atma Olayını Gerçeğe Dönüştürdü

“Artık 30 veya 35 santimetreye kadar uzaklıktaki bir nesneyi yakalayabiliyor ve yaklaşık 15 ila 20 gramlık bir nesneyi kaldırabiliyoruz”

ABD’deki bir araştırma laboratuvarı yanlışlıkla yapışkan bir ağ benzeri madde ürettiğinde bundan sonra ne yapacaklarına dair ilhamı Peter Parker ve çizgi roman kültüründe buldu.

Yavaş yavaş ama emin adımlarla geçmişte gelecekte olacağını hayal ettiğimiz aletler hayatımıza giriyor. Müfettiş Gadget’taki Penny Brown’ın video saati? Tamam. Star Trek’teki tricoder? Neredeyse tamam. Peki ya ağ fırlatma? Tufts Üniversitesi Silklab’dan güçlü, yapışkan havayla eğrilen ağı gerçeğe dönüştüren bilim insanı Marco Lo Presti sayesinde bu da tamam. 2020’de, biyomedikal mühendisliğinde araştırma görevlisi olan Lo Presti, su altı yapıştırıcıları gibi zor bir mesele üzerinde çalışıyordu. Seçtiği ilk malzeme ipek ve dopaminden oluşuyordu. Bu popüler bir kombinasyondu çünkü midyelerin suda kaya yüzeylerine sıkıca yapışma şeklini taklit ediyordu ve bu diğer uygulamalarda da faydalı olmuştu.

“Bu ipek ve dopamin maddesini cam eşyalardan temizlemek için aseton kullanırken katı bir forma, ağ benzeri bir malzemeye, elyaf gibi görünen bir şeye dönüştüğünü fark ettim. Şişeleri Fio’ya gösterdim ve hemen bundan uzaktan bir yapıştırıcı [bir nesneye uzaktan yapışan bir madde] nasıl yapabileceğimizi düşünmeye başladık.”

Fio, Tufts’ta mühendislik profesörü ve Silklab’ın “kuklacısı” olan Fiorenzo Omenetto’nun ta kendisi: “Her deneyin denklemlerle ve çok fazla öngörüyle titizlikle planlandığını söylemek isteriz ama asıl mesele bağlantı kurmaktır. Keşfediyorsunuz, oynuyorsunuz ve bir şekilde noktaları birleştiriyorsunuz. Oyunun çok hafife alınan bir kısmı, “Hey, bir dakika, bu bir Örümcek Adam olayı mı?” dediğiniz yerdir ve ilk başta bunu önemsemezsiniz ama süper güçleri taklit eden bir malzeme her zaman çok, çok iyi bir şeydir.”

Lo Presti dikkatini bu kazara bulunan ağlara çevirmeden önce, 2021’de yaptığı biyomoleküller kullanan su altı yapıştırıcıları hakkındaki makalesini tamamlaması gerekiyordu. Silklab’ın çalışmalarının çoğu örümcekler ve ipekböcekleri, midyeler ve deniz kabukluları, kadife solucanı sümüğü ve hatta tropikal orkidelerden biyolojik olarak esinlenmiştir; bu nedenle bu yapışkan ağın yararlı bir şeye dönüşüp dönüşemeyeceğini anlamak ekip için kolay gibi görünebilir.

Ancak Lo Presti yeni malzemenin örümcek ipliklerini taklit etmesine rağmen “bunun bir life dönüşerek uzaktaki bir nesneyi uzaktan yakalayabilen bir örümcek olmadığını” belirtiyor. Bu, en azından gerçek dünya için yeni bir şey.

Advanced Functional Materials’daki araştırma makalesinin belirttiği gibi bazı kurgusal karakterler devreye giriyor. Stan Lee ve Steve Ditko’nun 1960’larda hayata geçen çizgi romanlarında, Amazing Fantasy #15’ten başlayarak, Peter Parker her bir bileğe tutturulmuş ve parmak basıncıyla tetiklenen, fırlatılabilir ‘örümcek ağı’ iplikleri üretmek için küçük bir cihaz yapar. 2000’lerin ortalarında Sam Raimi’nin Örümcek Adam filmlerinde bileğe takılan bir iplikçik aygıtı gitti, ağlar süper kahraman dönüşümünün organik bir parçası haline geldi.

Massachusetts, Medford’daki gerçek laboratuvarda, gerçek ağ atma evrimi Lo Presti ve meslektaşlarının ince bir ipek fibroin (Japon ipek güvesi kozaları, kaynatılıp proteinlere parçalanmış) ve dopamin kombinasyonunu bir iğneden geçirmeleriyle başladı. Bu başlangıçta doğrudan bir aseton ‘banyosuna’ atılan maddenin bir hidrojel haline katılaşmasını tetikliyordu.

Ekip daha sonra bu çok önemli asetonu, iç iğne katmanındaki ipeği ve dopamini çevreleyerek sıvının doğrudan havaya fırlamasını sağlayan koaksiyel bir iğnenin dış katmanına eklemeye karar verdi. Aseton havada buharlaştıkça dopamin maddenin katılaşma sürecini hızlandırıp suyu ipekten çekerek yapışkan, güçlü eğrilmiş lifler oluşturuluyordu ve bu genellikle saatler sürecek bir şeydi.

Popüler kültürden ilham alan ekip buraya ulaşmak için çok çalıştı. Lo Presti “Havada bir şeyler yapmayı düşünüyorduk. Bu yüzden mühendislik cihazını, akışın incelenmesini, koaksiyel iğneyi uyarlayıp yaratarak elyafın havaya fırlatılmasını sağladık – gerçekten heyecanlanmaya başladığımız yer burasıydı.”

Ekip bir koza, 2 g paslanmaz çelik cıvata ve 12 cm öteden 5 g tahta blok gibi nesneleri yakalamak ve kaldırmak için elyafları fırlatarak gücünü denemeye başladı. Azar azar çözümlerini, yapabileceklerini değiştirmek için ek malzemelerle ince ayarlar yaptılar: elyaflara 200 kata kadar daha fazla çekme mukavemeti kazandırmak için kitosan adlı bir biyopolimer ve nesnelere yapışmayı 18 kat artırmak için bir borat tamponu kullandılar.

Lo Presti “Artık 30 veya 35 santimetreye kadar uzaklıktaki bir nesneyi yakalayabiliyor ve yaklaşık 15 ila 20 gramlık bir nesneyi kaldırabiliyoruz” diyor. İpek elyaflar hem anında hem de on dakika sonra karton ve tahta üzerindeki en iyi performansı gösterdi, üstelik plastik, cam ve metal gibi malzemeler üzerinde de işe yaradı. Gerçek dünya koşullarını test eden araştırmacılar havada eğrilmiş lifleri kullanarak su üzerinde yüzen küçük bir plastik laboratuvar tüpünü ve kısmen kuma gömülmüş paslanmaz çelik bir neşteri uzaktan aldılar.

Peki, Örümcek Adam yetenekleri ne zaman yüklenecek? Omenetto alaycı bir gülümsemeyle “Herkes binalardan sallanıp sallanamayacağımızı bilmek istiyor. Ama henüz orada değiliz; şu ana kadar Silklab ekibi malzemenin bazı potansiyel kullanımları hakkında tahminlerde bulundu: belki su altında kaybolan bir nesnenin kurtarılması veya uzak bir ortamda bir şeyi yakalayan bir drone” dedi.

Omenetto bunu şöyle açıkladı: “Prensip olarak, başlangıç ​​​​malzemeniz varsa ve parametreleri kontrol edebiliyorsanız, temel malzeme özellikleri inanılmaz şeyler yapabileceğiniz şekildedir. Yani muhtemelen çok ağır bir nesneyi kaldırabilirsiniz, ancak bu büyük sorulardan biri neyi kaldırabileceğinizdir. Bir şeyi uzaktan sürükleyebilir misiniz? İpek çok, çok güçlüdür, çok serttir, inanılmaz ağırlıkları kaldırabilir aynı zamanda ister örümcekten ister ipekböceğinden elde edilmiş olsun, doğal haliyle ipektir. Bu yönden temel bir sınır yoktur.”

Lo Presti makalesini okuyan ve ağ atan bir ipek elyafına ihtiyaç duyabileceklerini düşünen herkesten haber almak istiyor. Sualtı yapıştırıcısı üzerine çalışmasını yayınladıktan birkaç ay sonra, kâr amacı gütmeyen bir kuruluş, bunun köpekbalıklarını etiketlemek için kullanılıp kullanılamayacağını sormak için e-posta gönderdi. “İlk cevabım kesinlikle hayır oldu çünkü yapıştırıcı çok sert ve köpekbalıkları hareket ediyor. Ama sonrasında bir şeyler yapmaya çalıştım ve hala onlarla işbirliği yapıyoruz ve bunun üzerinde çalışıyoruz.”

Lo Presti aynı şeyin bu projede de olabileceğini ve nesne yakalayan elyafların hızının, mesafesinin ve gücünün de ekibin daha özverili çalışmasıyla iyileştirilebileceğini öne sürüyor. Bu ilk “küçük” örnekler malzemenin olanaklarını göstermek için ama malzemenin geliştirilmesi ve belirli uygulamalara göre uyarlanması, gerçek potansiyelinin ortaya çıkarılmasının anahtarı olabilir.

wired