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Dec 26, 2023

ケント大学 2022 年 12 月 16 日

研究者らは、超音速の衝撃を阻止できる新しい合成生物学的材料を開発した。 次世代の防弾装甲など、数多くの実用化が期待できる。

科学者たちは、防衛と惑星科学の両方の分野に革命をもたらす可能性のある画期的な新しい衝撃吸収素材を開発し、特許を取得しました。 この画期的な発見は、ベン・グールト教授とジェン・ヒコック教授率いるケント大学のチームによってなされました。

TSAM (Talin Shock Absorbing Materials) と名付けられたこの新しいタンパク質ベースの材料ファミリーは、超音速の発射体の衝撃を吸収できる SynBio (または合成生物学) 材料の既知の最初の例を表します。 これは、次世代の防弾装甲と発射体捕捉材料の開発への扉を開き、宇宙および高層大気における超高速衝撃の研究 (天体物理学) を可能にします。

ベン・グールト教授は次のように説明しました。「細胞の天然の衝撃吸収剤であるタリンというタンパク質に関する私たちの研究は、この分子が張力下で開き、張力が低下すると再び折り畳まれる一連のバイナリースイッチドメインを含んでいることを示しました。この力に対する反応がタリンに与えます。」 「その分子衝撃吸収特性は、大きな力の変化の影響から細胞を守ります。タリンを重合して TSAM にしたところ、タリンモノマーの衝撃吸収特性が材料に驚くべき特性を与えることがわかりました。」

チームはさらに、TSAM の実世界での応用例を実証し、このヒドロゲル素材に 1.5 km/s (3,400 mph) の超音速衝撃を与えました。これは、宇宙の粒子よりも速い速度で、自然物と人工物の両方に衝撃を与えます (通常は 1 km 以上) /s) と銃器の初速 – 通常は 0.4 ～ 1.0 km/s (900 ～ 2,200 mph) の範囲にあります。 さらに、研究チームは、TSAM が玄武岩粒子 (直径約 60 μM) やアルミニウムの破片の大きな破片の衝撃を吸収できるだけでなく、衝撃後にこれらの発射体を保存できることも発見しました。

現在の防弾チョッキは、繊維強化複合材料で裏打ちされたセラミック製の面で構成されている傾向がありますが、これは重くて扱いにくいものです。 また、この装甲は弾丸や破片を防ぐのには効果的ですが、装甲の後ろに鈍的外傷を引き起こす可能性のある運動エネルギーはブロックしません。 さらに、この形式の装甲は、構造的完全性が損なわれるため、衝突後に不可逆的な損傷を受けることが多く、さらなる使用が妨げられます。 これにより、TSAM を新しい装甲設計に組み込むことは、これらの従来の技術に代わる可能性があり、より軽量で耐久性の高い装甲が提供され、衝撃によるものを含む幅広い傷害から着用者を保護することもできます。

さらに、TSAM は衝突後の飛翔体を捕捉し保存する能力を備えているため、宇宙ゴミ、宇宙塵、微小隕石を効果的に収集し、さらなる目的のためにエネルギー散逸材料が必要とされている航空宇宙分野にも適用できます。科学的な研究。 さらに、これらの捕獲された発射体は航空宇宙機器の設計を容易にし、宇宙飛行士の安全性と高価な航空宇宙機器の寿命を向上させます。 ここで、TSAM は、発射体の衝撃による温度上昇により溶ける可能性がある業界標準のエアロゲルの代替品となる可能性があります。

ジェン・ヒスコック教授は、「このプロジェクトは、基礎生物学、化学、材料科学の間の学際的な協力から生まれ、その結果、この驚くべき新種の材料が生成されました。私たちは、現実の課題を解決するためのTSAMの潜在的なトランスレーショナルな可能性に非常に興奮しています」と述べた。これは、防衛および航空宇宙分野の新しい協力者の支援を受けて、私たちが積極的に研究に取り組んでいることです。」

参考文献: 「次世代のタンパク質ベースの材料は、超音速衝撃からの発射体を捕らえて保存する」ジャック A. ドゥーラン、ルーク S. エイルズブルック、カレン B. ベイカー、イアン R. ブラウン、ジョージ T. ウィリアムズ、ジェニファー R. ヒコック、ベンジャミン T 著. Goult、2022 年 11 月 29 日、bioRxiv.DOI: 10.1101/2022.11.29.518433