Blæksprutter lavet af nanorør

Humbolt-blækspruttens sugekopper er stive pga. særlige nanostrukturer, viser ny dansk forskning. (Foto: EMU)

Humbolt-blækspruttens sugekopper består af et unikt materiale, som på en og samme tid er meget stærkt og fleksibelt. De er nemlig opbygget af ultratynde proteinrør, der både kan holde til ekstreme belastninger og som samtidigt er meget bøjelige.

Det viser et nyt forskningsprojekt, som er gennemført af den danske lektor Henrik Birkedal fra Kemisk Institut og Interdisiplinært Nanoscience Center (iNANO) ved Aarhus Universitet i samarbejde med forskere fra University of California. Riverside, USA.

Nyheden blev for bare en uge siden bragt som forsidehistorie på det internationale tidsskrift Advanced Materials, der er verdens førende inden for sit felt.

»Opdagelsen er et stort gennembrud inden for materialeforskning. Blækspruttens naturligt skabte nanostrukturer kan føre til udviklingen af nye enestående materialer, som bilindustrien, luftfarten og robotteknologien kan få stor glæde af,« siger Henrik Birkedal, der har deltaget i projektet, siden han for nogle år siden var udstationeret på University of Californien, Santa Barbara.

Fyldt med proteiner

De tiarmede blæksprutters sugekopper er uhyre effektive til at holde byttet fast. Deres unikke nanostruktur vises med rødt i baggrunden (Foto: Henrik Birkedal)

Henrik Birkedal og hans kolleger opdagede de unikke nanostrukturer under et omfattende forskningsprojekt, der skulle kaste lys over, hvordan tiarmede blæksprutter holder fast i deres bytte. Teamet studerede tre eksemplarer af den store aggressive Humboldt-blæksprutte, som det selv havde fisket op af havet (se boks i bunden af artiklen). Denne art griber fast i sit bytte med en serie af sugekopper, der sidder på dyrets to fangarme - de såkaldte tentakler. I sugekopperne sidder der en såkaldt sugekoppedisk, som forskerne nu har undersøgt.

Indtil nu har biologer troet, at alt, hvad der er stift på et hvirvelløst dyr, enten er mineraliseret - som vores egne tænder - eller er fyldt med sukkerstoffet kitin, som bl.a. findes i blækspruttens næb. Ingen af delene viste sig dog at være tilfældet for blækspruttens sugekopper.

»Vores studier har afsløret, at sugekoppediskene består af 100 procent protein, hvilket er en kæmpe overraskelse,« pointerer Henrik Birkedal.

Proteinet er dog kun den ene hemmelighed bag sugekoppediskenes enorme styrke. Den anden er sugekoppernes 3D-struktur, som giver dem en meget stor fleksibilitet. Sugekoppediskene består af en skive, som er besat af nogle pyramideformede tænder, og det hele er opbygget af ultratynde, tomme nanorør. Tilsammen danner skive og tænder en ekstremt stærk konstruktion, der gør blæksprutten i stand til at holde byttedyret fast i et skruestik.

Især tænderne har en bemærkelsesværdig opbygning, for når man bevæger sig fra tandens yderside og ind mod dens centrum, vokser nanorørenes tykkelse fra 100 til 250 nanometer. Det giver sugekopperne en porøs, hullet struktur, som på den ene side er uhyre slidstærk og på den anden side meget bøjelig og eftergivende.

Når blæksprutten slynger sine fangarme rundt om byttedyret og strammer til, vil tænderne automatisk bøje ind mod dyret og bore sig ind i dets kød. Og selvom byttedyret er meget stærkt, vil det have meget svært ved at rive sig løs igen.

En sugekoppedisk fra Humbolt-blæksprutten fotograferet på millimeterpapir, hvor hver blå firkant måler en gange en millimeter. De trekantsformede definitioner, der er klar til at trænge ind gennem byttets hud, ses tydeligt på toppen. (Foto: Henrik Birkedal)

»Blækspruttens kunstgreb er dybt fascinerende. Vi mennesker kan kun skabe et hårdt og stift materiale i laboratoriet ved at stoppe det med mineraler - blæksprutten derimod kan lave et materiale med varierende grad af fleksibilitet ved at skrue op og ned for antallet af huller. Det er en hidtil ukendt måde at lave et dynamisk materiale på, som vi kan lære meget af,« pointerer Henrik Birkedal.

Lang vej igen

Én ting er at have fundet opskriften på et nyt banebrydende materiale - en anden ting er at skabe det i virkeligheden, og her er der endnu et stykke vej før mål.

»Vi ved nu, at materialet består af proteiner, men vi har endnu ikke styr på, hvordan proteinerne er sammensat. Vi ved heller ikke, hvordan hullerne bliver dannet,« siger han.

Alt dette regner forskerne med at kaste lys over i løbet af de kommende år, og herefter vil de for alvor forsøge at skabe materialerne i laboratoriet. Ambitionerne er store, for materialerne vil uden tvivl få mange anvendelser.

En af de industrier, der formentlig vil klappe i hænderne, er bilindustrien. Da nanomaterialet er uhyre porøst vil det samtidigt også være meget let - så ved at konstruere biler af dette materiale, vil man kunne skære betydeligt ned på brændstofmængden, pointerer Henrik Birkedal.

VIDSTE DU

Henrik Birkedal har gjort opdagelsen i samarbejde med professor David Kisailus fra Department of Chemichal and Environmental Engineering, Bourns College of Engineering, University of California, Riverside, USA.

Også luftfartsindustrien vil kunne få stor glæde af materialerne, fordi de ud over at give et lettere skrog også gør det muligt at lave nogle stærkere og mere fleksible vinger, der vil kunne klare større påvirkninger end vingerne på nutidens fly kan, påpeger han. 

Sidst men ikke mindst vil sådanne nanomaterialer kunne give et gevaldigt løft til robotteknologien.

»Da sådanne materialer er meget bøjelige, vil man kunne skabe gribehænder, der formentlig vil kunne få betydeligt bedre fat i tingene, end robotterne kan i dag,« siger Henrik Birkedal.

Hvis alt går vel, vil forskerne være i stand til at producere de nye materialer i løbet af de kommende 2-4 år.

Links
Om tiarmede blæksprutter  Kontaktinfo på Henrik Birkedal Læs også på videnskab.dk: Varmere klima vil ramme narhvalen hårdt

Glubsk blæksprutte rev flænge i forskers arm For at kunne studere Humbolt-blækspruttens - på latin 'Dosidicus gigas' - fantastiske gribeegenskaber, besluttede forskerne at fange én selv, og de begav sig derfor ud på en fisketur. Og forskerne havde heldet med sig - hvis man ser bort fra, at et af teamets medlemmer, ph.d. James Weaver, var så uheldig at komme lidt for tæt på de glubske kræ. Da han fiskede blæksprutten op af vandet og lirkede fiskekrogen ud af dens mund, viklede blækspruttens tentakler sig stramt om hans arm og rykkede til. Resultatet var en dyb, blodig flænge, der skulle sys med adskillige sting. Såret og smerten var dog ikke umiddelbart dét, som Weaver var mest optaget af. »Jeg blev imponeret over den rå styrke, som blækspruttens sugekoppediske havde, og kunne ikke vente med at studere dem nærmere,« fortæller James Weaver. Nu, hvor forskerne har fundet det unikke nanomateriale hos denne ene blæksprutte, er de nysgerrige efter at se, om materialet går igen i andre arter. »For at kunne overføre nanostrukturerne til laboratorieskabte materialer må vi først forstå, hvordan sådan nogle systemer udvikler sig. Og selvom der er tale om forskellige blækspruttearter, så hænger de sammen, når man ser på dem evolutionært. Naturen har bestemt at nogle arter skal have det, mens andre ikke skal, og det er der en evolutionær grund til,« forklarer han.