Ein Team der University of Kent unter der Leitung der Professoren Ben Goult und Jen Hiscock hat ein neues stoßdämpfendes Material entwickelt und patentiert, das sowohl den Verteidigungs- als auch den Planetenwissenschaftssektor revolutionieren könnte.
Diese neuartige Materialfamilie auf Proteinbasis mit dem Namen TSAM (Talin Shock Absorbing Materials) ist das erste bekannte Beispiel eines SynBio-Materials (oder synthetischer Biologie), das in der Lage ist, Überschallprojektilstöße zu absorbieren. Dies öffnet die Tür für die Entwicklung von kugelsicherer Panzerung und Projektilfangmaterialien der nächsten Generation, um die Untersuchung von Hochgeschwindigkeitseinschlägen 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 wieder zusammenfalten, sobald die Spannung nachlässt. Diese Reaktion auf Kraft ergibt Talin seine molekularen stoßdämpfenden Eigenschaften, die unsere Zellen vor den Auswirkungen großer Kraftänderungen schützen. Als wir Talin in ein TSAM polymerisierten, stellten wir fest, dass die stoßdämpfenden Eigenschaften von Talin-Monomeren dem Material unglaubliche Eigenschaften verliehen.“
Das Team demonstrierte weiterhin die reale Anwendung von TSAMs, indem es dieses Hydrogelmaterial Überschallstößen mit 1,5 km/s aussetzte – eine schnellere Geschwindigkeit, als Partikel im Weltraum sowohl auf natürliche als auch von Menschenhand geschaffene Objekte aufprallen (typischerweise > 1 km/s) und Mündungsgeschwindigkeiten von Schusswaffen – die üblicherweise zwischen 0,4 und 1,0 km/s liegen. Darüber hinaus entdeckte das Team, dass TSAMs nicht nur den Aufprall von Basaltpartikeln (~60 µM im Durchmesser) und größeren Stücken von Aluminiumsplittern absorbieren, sondern diese Projektile auch nach dem Aufprall konservieren können.
Gegenwärtige Körperpanzer bestehen in der Regel aus einer Keramikfläche, die von einem faserverstärkten Verbundstoff unterstützt wird, der schwer und unhandlich ist. Auch wenn diese Panzerung beim Blockieren von Kugeln und Splittern wirksam ist, blockiert sie nicht die kinetische Energie, die zu einem stumpfen Trauma hinter der Panzerung führen kann.
Darüber hinaus wird diese Form der Panzerung nach dem Aufprall oft irreversibel beschädigt, da die beeinträchtigte strukturelle Integrität eine weitere Verwendung verhindert. Dies macht die Integration von TSAMs in neue Rüstungsdesigns zu einer potenziellen Alternative zu diesen traditionellen Technologien und bietet eine leichtere, langlebigere Rüstung, die den Träger auch vor einer Vielzahl von Verletzungen schützt, einschließlich solcher, die durch Schock verursacht werden.
Darüber hinaus macht die Fähigkeit von TSAMs, Projektile nach dem Aufprall sowohl einzufangen als auch zu konservieren, sie im Luft- und Raumfahrtsektor anwendbar, wo energiedissipierende Materialien benötigt werden, um das effektive Sammeln von Weltraumschrott, Weltraumstaub und Mikrometeoroiden für weitere wissenschaftliche Studien zu ermöglichen .
Darüber hinaus erleichtern diese eingefangenen Projektile das Design von Luft- und Raumfahrtausrüstung, verbessern die Sicherheit von Astronauten und die Langlebigkeit teurer Luft- und Raumfahrtausrüstung. Hier könnten TSAMs eine Alternative zu branchenüblichen Aerogelen darstellen, die aufgrund der Temperaturerhöhung infolge des Aufpralls von Projektilen zum Schmelzen neigen.
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 Translationsmöglichkeiten von TSAMs zur Lösung der realen Welt Dies ist etwas, an dem wir aktiv mit der Unterstützung neuer Mitarbeiter in den Bereichen Verteidigung und Luft- und Raumfahrt forschen.“
Die Arbeit ist veröffentlicht auf der bioRxiv Preprint-Server.
Mehr Informationen:
Jack A. Doolan et al., Proteinbasierte Materialien der nächsten Generation fangen Projektile ein und schützen sie vor Überschalleinschlägen, bioRxiv (2022). DOI: 10.1101/2022.11.29.518433