Boden

Dec 26, 2023

Von der University of Kent, 16. Dezember 2022

Forscher haben ein neues synthetisches Biologiematerial entwickelt, das Überschalleinschläge stoppen kann. Es könnte zahlreiche praktische Anwendungen haben, beispielsweise als kugelsichere Panzerung der nächsten Generation.

Wissenschaftler haben ein bahnbrechendes neues stoßabsorbierendes Material entwickelt und patentiert, das sowohl den Verteidigungs- als auch den Planetenforschungsbereich revolutionieren könnte. Der Durchbruch gelang einem Team der University of Kent unter der Leitung der Professoren Ben Goult und Jen Hiscock.

Diese neuartige, proteinbasierte Materialfamilie mit dem Namen TSAM (Talin Shock Absorbing Materials) stellt das erste bekannte Beispiel eines SynBio-Materials (oder synthetischen Biologiematerials) dar, das in der Lage ist, Überschall-Projektilstöße zu absorbieren. Es öffnet die Tür für die Entwicklung von kugelsicheren Panzerungen und Projektilfangmaterialien der nächsten Generation, um die Untersuchung von Hypergeschwindigkeitseinschlägen im Weltraum und in der oberen Atmosphäre (Astrophysik) zu ermöglichen.

Professor Ben Goult erklärte: „Unsere Arbeit am Protein Talin, dem natürlichen Stoßdämpfer der Zelle, hat gezeigt, dass dieses Molekül eine Reihe binärer Schalterdomänen enthält, die sich unter Spannung öffnen und sich wieder falten, sobald die Spannung nachlässt. Diese Reaktion auf Kraft erzeugt Talin.“ Seine molekularen stoßabsorbierenden Eigenschaften schützen unsere Zellen vor den Auswirkungen großer Kraftänderungen. Als wir Talin zu einem TSAM polymerisierten, stellten wir fest, dass die stoßabsorbierenden Eigenschaften der Talin-Monomere dem Material unglaubliche Eigenschaften verliehen.“

Anschließend demonstrierte das Team die reale Anwendung von TSAMs, indem es dieses Hydrogelmaterial Überschallstößen mit einer Geschwindigkeit von 1,5 km/s (3.400 mph) aussetzte – eine schnellere Geschwindigkeit als Partikel im Weltraum, die sowohl auf natürliche als auch von Menschenhand geschaffene Objekte treffen (typischerweise > 1 km). /s) und Mündungsgeschwindigkeiten von Schusswaffen – die üblicherweise zwischen 0,4 und 1,0 km/s (900 und 2.200 Meilen pro Stunde) liegen. Darüber hinaus entdeckte das Team, dass TSAMs nicht nur den Aufprall von Basaltpartikeln (ca. 60 µM Durchmesser) und größeren Aluminiumsplittern absorbieren können, sondern diese Projektile auch nach dem Aufprall schützen können.

Aktuelle Körperpanzer bestehen in der Regel aus einer Keramikoberfläche, die mit einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hinterlegt ist, was schwer und unhandlich ist. Auch wenn diese Panzerung Kugeln und Granatsplitter effektiv abwehrt, blockiert sie nicht die kinetische Energie, die zu einem stumpfen Trauma hinter der Panzerung führen kann. Darüber hinaus wird diese Form der Panzerung aufgrund der beeinträchtigten strukturellen Integrität nach einem Aufprall oft irreversibel beschädigt, was eine weitere Verwendung verhindert. Dies macht die Integration von TSAMs in neue Panzerungsdesigns zu einer potenziellen Alternative zu diesen herkömmlichen Technologien und bietet eine leichtere, langlebigere Panzerung, die den Träger auch vor einem breiteren Spektrum von Verletzungen schützt, einschließlich solcher, die durch Stöße verursacht werden.

Darüber hinaus ist die Fähigkeit von TSAMs, Projektile nach dem Aufprall sowohl aufzufangen als auch zu konservieren, im Luft- und Raumfahrtsektor anwendbar, wo ein Bedarf an energieableitenden Materialien besteht, um die effektive Sammlung von Weltraumschrott, Weltraumstaub und Mikrometeoroiden für die weitere Verwendung zu ermöglichen wissenschaftliche Studie. Darüber hinaus erleichtern diese eingefangenen Projektile das Design von Luft- und Raumfahrtausrüstung, was die Sicherheit von Astronauten und die Langlebigkeit teurer Luft- und Raumfahrtausrüstung verbessert. Hier könnten TSAMs eine Alternative zu branchenüblichen Aerogelen darstellen, die aufgrund des Temperaturanstiegs infolge des Projektilaufpralls leicht schmelzen.

Professor Jen Hiscock sagte: „Dieses Projekt entstand aus einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Grundlagenbiologie, Chemie und Materialwissenschaften, die zur Produktion dieser erstaunlichen neuen Materialklasse geführt hat. Wir sind sehr gespannt auf die potenziellen translatorischen Möglichkeiten von TSAMs zur Lösung realer Probleme.“ -Weltprobleme. Dies ist etwas, an dem wir aktiv mit der Unterstützung neuer Mitarbeiter im Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtsektor forschen.

Referenz: „Proteinbasierte Materialien der nächsten Generation fangen Projektile ein und schützen sie vor Überschalleinschlägen“ von Jack A. Doolan, Luke S. Alesbrook, Karen B. Baker, Ian R. Brown, George T. Williams, Jennifer R. Hiscock und Benjamin T . Goult, 29. November 2022, bioRxiv.DOI: 10.1101/2022.11.29.518433