Eyüp YAYLACI

Örümcek Ağının Sırrı

Örümcek ipeğinin özelliklerinden birkaçını şöyle sıralayabiliriz;
1. Örümceklerin ürettiği ve çapı bir milimetrenin binde birinden daha küçük olan ipek ipliği, aynı kalınlıktaki çelik telden beş kat daha sağlamdır.
2. Kendi uzunluğunun dört katı kadar esneyebilir.
3. İpek aynı zamanda son derece hafiftir. Bu hafifliği şöyle bir örnekle de tarif edebiliriz: Dünyanın çevresi boyunca uzatılacak bir ipek ipliğinin ağırlığı sadece 320 gram gelir.
Örümcek ipliğini bu kadar üstün yapan şey, ipeğin kimyasal yapısında ve üretim merkezinde gizlidir. Örümcek ipliklerinin hammaddesi, örgülü helezonik amino asit zincirlerinden oluşan “keratin” adlı proteindir. Örümcek ipliğinin temel hammaddesini oluşturan bütün proteinler, çeşitli avların sindirilmesi ile elde edilen amino asitlerin sentezlenmesinden elde edilirler. Öyle ki örümcekler, kendi ağlarını tekrar yiyip sindirerek dahi, yeni ağ üretimi için gerekli olan proteinleri vücutlarında üretebilirler. Keratin; saç, tırnak, tüy, deri gibi birbirinden çok farklı maddelerin yapı taşıdır ve oluşturduğu tüm maddelerde koruyucu özelliği ile ön plana çıkar. Ayrıca keratinin esnek hidrojen bağlarla bağlanmış amino asitlerden oluşması, bu maddelere çok esnek olma özelliğini kazandırır. Bu esneklik Amerika’nın ünlü bilim dergilerinden Science News’de şöyle bir benzetme ile tarif edilmiştir:

İnsan ölçülerine göre, balık ağı boyutlarındaki bir örümcek ağı, bir yolcu uçağını yakalayabilir.

Araneus diadematus adı verilen bahçe örümceği üzerinde çalışan Dr. Fritz Vollrath, bu yöntemin önemli bir bölümünü keşfetmeyi başarmıştır. Vollrath araştırmalarının sonuçlarını şöyle anlatır:

Örümcekler ipeklerini, asitleyerek sertleştiriyorlardı. İpek, oluştuğu kanala girmeden önce, sıvı proteinlerden oluşuyordu. Kanalın içinde özel hücreler, ipek proteinlerindeki suyu kendilerine çekiyorlardı. Hidrojen atomları ise diğer bir kanalda pompalanan suyu alıyor ve bir asit havuzu oluşturuyordu. İpek proteinleri asit ile bir araya geldiğinde de, birinden diğerine bir köprü oluşturuyordu. Böylece son derece kuvvetli bir ipek oluşuyordu. Örümceğin ipeği, kurşun geçirmez yeleklerde, bisiklet kasklarında kullanılan ve bir tür plastik olan “kevlar” ile karşılaştırıldığında on kat daha sağlamdır.

İpeklerin üretimi sırasında örümceğin vücudunda bulunan son derece gelişmiş özelliklere sahip pompalar, vana ve basınç sistemleri kullanılır. Üretilen ham ipek, musluk gibi çalışan memeciklerden lif şeklinde dışarı akıtılır. Örümcek bu memeciklerin püskürtme basıncını dilediği şekilde değiştirebilir. Bu son derece önemli bir özelliktir. Çünkü bu işlem sayesinde sıvı keratini oluşturan moleküllerin yapısı da değişmiş olur. Valfler üzerindeki kontrol mekanizması sayesinde, iplik üretilirken ipliğin çapı, direnci ve elastikiyeti de değiştirilebilir. Böylece ipeğin kimyasal yapısı değiştirilmeden ipliğe istenilen fiziksel özellikler kazandırılır. Eğer iplik üzerinde daha köklü bir değişim isteniyorsa bir başka bezin kullanımına geçilmesi gerekmektedir. Salgılanan farklı özelliklere sahip iplikçikler arka ayakların mükemmel kullanımı sayesinde istenilen doğrultuya yönlendirilir.

Örümcek ipliğine çelikten sağlam olma özelliğini kazandıran proteinlerden en önemlisi “skleroprotein”dir. Örümcek bu maddeyi arka bacaklarının uç kısımlarındaki iplik yerlerinden elde eder. Bu protein sayesinde üretilen iplik son derece sağlamdır. İpliğin sağlamlığını atomik yapısı sağlar. İplik serbest haldeyken onu oluşturan atomlar düzensiz bir haldedir. Bu durum ipliğin gerilmesine imkan tanır. Ancak iplik gerildikçe bünyesindeki atomlar düzenli bir hal alırlar. Serbest bırakıldıklarında ise tekrar eski hallerine dönerler.

Çekirdek liflerinin elastikiyeti ısıya bağlıdır. Ağa yapışan avın kinetik enerjisi ısıya çevrildiğinden entropi artar, iplik ısınır. Bu da çekirdek liflerinin daha kuvvetli olmalarını sağlar. Avın emilen enerjisi yakalama kapasitesini artırır. Kısaca ağa yakalanan avın hayatta kalabilmek için yaptığı son çırpınışları kendi sonunu hazırlar. Avın son enerjisi, ağın sağlamlığının artırılması için kullanılır. Ağ, hayvanı tamamen hareketsiz bırakana kadar sertleşir. Bu özellikleri yüzünden örümcek ağı doğada bulunan en acımasız tuzaktır.

Örümcek ipeği, genelde “glisin, alanin, serine ve trosin” amino asitlerinden oluşmuş bir proteindir. Du Pont firması, örümcek ipeğinin kimyasal formülünden yola çıkarak, ipeği oluşturan moleküllerin diziliş sıralarını belirleyerek, yapay yoldan çeşitli lifler üretmiştir. Bu sentetik polimerin her makro molekülü, binlerce molekül zincirlerini oluşturan, karbon, oksijen, nitrojen ve hidrojen atomlarından oluşmaktadır. “Kevlar” adı verilen bu ürün, bugüne kadar yapay olarak üretilmiş organik elyafların en gelişmişidir. Sağlamlık ve esnekliğiyle de, örümcek ipliğinin üstün fiziksel özelliklerine en yaklaşan yapay elyaf Kevlar elyafı olmuştur.


Kevlar 49 fiberin taramalı elektron mikroskobunda elde edilmiş fotoğrafı.

Kevlar, oto emniyet kemerleri ve çeşitli koruyucu giysilerle insanların sağlığını korumak ve güvenliğini sağlamak için kullanılmaktadır. Ayrıca uçak ve gemi sanayinin dış yapı malzemelerinde, lif optik ve elektro-mekanik kabloların üretiminde, ip ve halat sanayinde, çeşitli spor aletlerinde oldukça fazla derecede kullanılan önemli bir malzemedir.


Kevların zincir yapısı
Kevlar elyafı “poli-parafenilen tereftalamid” maddesinden oluşur. Uzun molekül zincirleri içeren bu elyaf türü yapısı nedeniyle eğrilerek iplik haline getirilmeye uygundur. Dayanıklılık ve hafiflik özellikleri, bu malzemenin sanayinin birçok sektöründe kullanılmasını sağlamıştır.

“Örümceğin ipeği, Kevlar’dan çok daha kuvvetli ve çok daha elastikidir. Kevlar, bilindiği gibi, insan yapımı en güçlü sentetiktir.”

Kevlar’ın, yüzyılımızdaki en önemli kullanım alanlarından birisi de savunma sanayi olmuştur. Daha önceleri çelikten üretilen kurşun geçirmez yelekler, günümüzde görünüm bakımından, normal kumaşlardan farklı olmayan, Kevlar iplikten dokunmuş kumaştan üretilmektedir. Çünkü Kevlar, darbeleri emme özelliği sayesinde kurşunun vuruş şiddetini azaltır. Bu teknoloji açısından son derece önemli bir gelişmedir aynı zamanda çok faydalı bir buluştur. Ancak bütün bu üstün özelliklerine rağmen Kevlar elyafı örümcek ipeğinin ancak üçte biri kadarlık bir oranda darbeleri emme özelliğine sahiptir.

Sanayide kullanılan nikel-titanyum alaşımı nitinol, örümcek ipliğine benzer özellikler göstermesine karşın 90 derece ısıtıldığı zaman gerçekleşmektedir.


Ecriballate isimli örümceğin yakalama ipeğinin 100 defa büyütülmüş hali görülmektedir. İpliğe yapışkanlık özelliğini kazandıran sıvı kaplama maddesi damlacıklar halinde görülüyor.

300 defa büyütülmüş bu resimde

generic levitra

, damlacıkların içinde kablo yumağı gibi yuvarlanmış iplikçikler görülüyor. Her bir damlacıktaki yüzey gerilimi, iplikçikleri bir araya getirip büzüştürerek bir tür çıkrık sistemi oluştururlar. Zorlama durumunda bu yumak biçimli çıkrık sistemi boşalır ve ipliğin çok büyük miktarlarda esneyebilir.

200 defa büyütülmüş bu resimden de anlaşılacağı gibi, Ecriballete örümceğinin kuru ipliği yüzlerce mikro kuru iplikçiğin bir araya gelmesiyle oluşmuştur.

Bu ipekler herhangi bir sıvı ile kaplanmadıkları halde yapışkandırlar. Bu yapışkanlık örümceğin ipeği salgılarken yaptığı tarama işlemi sayesinde gerçekleşir. Ayaklardaki özel taraklar ile yapılan tarama işlemi iplikleri iyice kabartır. Ancak 1.000 defa büyütülmüş bir resimde de gözlenebilen bu kabarıklık ve yaratılan elektrostatik etki, ipliğe yakalama özelliğini kazandırır.

Kaynaklar:

1. Prof. Dr. Hatem AKBULUT “Kompozit Malzemeler Ders Notu 2009”
2. Prof. Dr. Hatem AKBULUT “Nano Malzemeler Ders Notu 2009”
3. http://www.osman.com.tr/Orumcek_05.htm
4. http://www.fizikportali.com/2009/05/daha-guclu-orumcek-aglari-gelistirildi/
5. http://www.uzmanportal.com/orumcek-aginin-gucu-ozelligi-ve-gizemi-nedir.html/
6. http://www.bisohbet.com/form/tr-konu-602.0-orumcek-aginin-esrari.html
7. http://www.turkcebilgi.com/%F6r%FCmcek_a%F0%FD/ansiklopedi
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Kevlar

Eyüp YAYLACI