Перейти к верхней панели

Ученые выяснили, почему «жжется» крапива

Новое исследование впервые объясняет, почему тончайшие колючки крапивы или хоботок комара легко прокалывают кожу человека, не ломаясь. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Исследователи из Датского технического университета провели более 200 экспериментов, изучая конструкцию заостренных отростков, которые животные и растения используют для самых разных целей — прикрепления к поверхности, приема пищи или защиты. Они наблюдали, как влияет форма колючек, игл, шипов и жал на их прочность.

под руководством физика Кааре Хартвига ​​Йенсена (Kaare Hartvig Jensen) посвятили свою научную деятельность биомиметике — созданию новых технологий и материалов на основе идей, заимствованных у живой природы.

Авторы неоднократно сталкивались с тем, что маленькие стеклянные пипетки, которые они использовали для извлечения жидкости из растительных клеток, разрушались при контакте с клеточной стенкой. Это раздражало исследователей и побудило их заняться тонкими и прочными природными объектами, которые не ломаются при использовании.

Они изучили иглы и остроконечные отростки из самых разных материалов и всех возможных размеров — от шипов вирусов и микроскопических водорослей размером всего 50 нанометров до самой длинной «иглы» в природе — 2,5-метрового бивня нарвала. Исследование также включало искусственные заостренные объекты, которые в значительной степени имитировали природные формы — гвозди, иглы для шприцев и древние копья длиной до шести метров. Ученые искали оптимальное соотношение прочности и эластичности.

«Наши результаты показали, что существует четкая корреляция между длиной иглы или шипа и ее диаметром, как вблизи кончика, так и в месте, где он прикрепляется к растению или животному, — приводятся в пресс-релизе университета слова ​​Йенсена. — Таким образом обеспечиваются как необходимую прочность, так и эластичность наконечника. В то же время ясно, что острые орудия природы находятся на грани физической возможности и при этом все природные проекты очень похожи, независимо от того, смотрим ли мы на наноразмерные пики вируса или на 1,5-метровый шип рыбы-меч».

Что касается крапивы, то ее длинные шипы по форме напоминают иголку инъекционного шприца. Сложенные стекловидным кремнием, они полые и усилены по краям. Это придает остроконечным волоскам необычайную прочность.

Большое количество наблюдений позволило исследователям найти варианты формы, обеспечивающей прочность и эластичность. По мнению авторов, результаты могут быть использованы при разработке новых точных инструментов и медицинского оборудования.

«Эти новые знания о том, как рассчитать оптимальный дизайн заостренного предмета, могут в будущем использоваться для проектирования, например, игл шприца для наилучшего распределения лекарств, или в разработке гвоздей, что позволит снизить расход материала без потери прочности», — говорит ​​Йенсен.

Сами исследователи уже применили полученные знания для создания стеклянных пипеток нового дизайна, которые не ломаются во время биологических экспериментов.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.