levá dekorace článkupravá dekorace článku
19.04. 2013

Informace o nově akreditovaných oborech na PřF UJEP

Aplikované nanotechnologienano.jpg

prof. RNDr. Pavla Čapková, DrSc.

Ústecká univerzita umožňuje cestu do vzrušujícího nanosvěta

MFDnes2401Usteckauniverzita.jpg článek MF DNES







Biochemie nebo průmyslový design. Pět oborů budoucnosti, které se vyplatí studovat

článek zpravy.ihned.cz

 

Kde studovat fyziku: Víme, kde nemusíte skládat přijímací zkoušky

článek Studentmag.topzine.cz

Proč je zajímavé studovat fyziku?

článek studenti.ihned.cz

Biologie

Proč studovat pavoučí hedvábí. Cíle výzkumu tohoto vláknitého biopolymeru na Katedře biologie Přírodovědecké fakulty UJEP.

 

Detail vláken -AFM.jpg

 

Detail vláken pavučiny, která jsou tvořena svazky nanofibril. Ke studiu bylo použito mikroskopu atomárních sil.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tryskovité vývody SEM.jpg

Tryskovité vývody snovacích žláz na povrchu jedné ze snovacích bradavek zobrazené pomocí elektronového rastrovacího mikroskopu.












Proč studovat hedvábí pavouků. Cíle výzkumu tohoto vláknitého biopolymeru na Katedře biologie Přírodovědecké fakulty UJEP.


Mnoho let trvá úsilí průmyslu polymerů vyrobit syntetická vlákna podobných vlastností, jaké má hedvábí vytvářené housenkami motýlů bource morušového. Připusťme, že jsou syntetická vlákna, která některými vlastnostmi přírodní hedvábí předčí, avšak jedinečná kombinace  vysoké pevnosti, pružnosti, skvělé textury a schopnosti vázat širokou paletu barviv, zachovává hedvábí jako hlavní materiál textilního průmyslu. Důsledkem je ohromná masa kultur bourců, jako základ úspěšných průmyslových odvětví mnoha zemí.


Komerčně využívané hedvábí však zdaleka není jediným předivem s nímž se můžeme v přírodě setkat, neboť hedvábí, které lze definovat jako  vnější, vláknitý bílkovinový sekret, vytváří ve speciálních žlázách celá řada živočichů.
Mezi živočichy však není žádná jiná skupina, u níž by snovací činnost, tj. zhotovování a spřádání vláken, představovala tak impozantní jev, jako je tomu v případě pavouků. Jedinečnost snovacího aparátu pavouků spočívá již v samotném faktu, že byl v průběhu evoluce “vložen” do relativně rozsáhlého zadečku a ne, jako je tomu u motýlů , pod spodní pysk ústního ústrojí. U pavouků je tento orgán tvořen třemi až čtyřmi páry snovacích bradavek, ke kterým jsou připojeny snovací žlázy vzhledu tenkostěnných měchýřků, ve kterých hedvábná tekutina vzniká, ukládá se v nich a v případě potřeby je z nich odváděna na povrch bradavek tenkostěnnými kanálky. Vnější vývody žláz na povrchu bradavek jsou chlupům podobné útvary, zformované adaptačními procesy do cívkovitého tvaru. Lze je přirovnat k tryskám, skrze které je pod velkým tlakem vystřikováno na vzduchu tuhnoucí hedvábí. Pavouci vynikají nejen produkcí hedvábí ,ale také mistrovstvím  při jeho tkaní pomocí končetin, na jejichž koncích mají drápky s hřebínky určenými speciálně pro tyto účely. Existují tisíce konstrukčních modifikací hedvábného přediva produkovaného vice, než 42 000 druhů pavouků.


Hedvábí ze zámotků zmíněného bource morušového poskytuje textilní vlákna vynikajících vlastností, přestože má v těchto zámotcích  velmi skromnou mechanickou roli. Zato u pavouků je úspěšnost při lovu pomocí sítě právě na mechanických vlastnostech závislá. Vlákna sítí jsou proto bez nadsázky jedinečným zdrojem pro studium molekulárních konstrukcí vláknitých biopolymerů se zárukou pozoruhodných teoretických i komerčních výsledků. Vrchol dosavadního  evolučního vývoje pavoučích sítí - dvojrozměrná kruhová síť křižáků, je vlastně vzdušným filtrem pro zachycování potravy. Optimální síť je  co největší, postavená z malého množství materiálu  s využitím co nejmenšího množství energie, neboli za minimální  metabolické náklady. Např.pavouk, vážící kolem 75 mg, použije pouze l80 mikrogramů proteinů ke stavbě sítě, jejíž plocha, využitelná pro lov hmyzu , je až l00 cm2, přičemž tloušťka nejsilnějších vláken je maximálně l mikrometr. Intenzivními výzkumy několika vědeckých ústavů bylo zjištěno, že vlákna sítí křižáků jsou na hmotnostní jednotku pevnější  než ocel a srovnatelná se superpevným polymerovým materiálem Kevlarem


Pevnost vláken je samozřejmě důležitá, avšak dalším, klíčovým jevem zajišťujícím úspěch , je pohlcení pohybové energie kupředu letících živočichů  a  dále design sítě, který to umožňuje. Materiál sítě je schopen  absorbovat velké množství energie bez přetržení a design kruhové sítě umožňuje distribuovat energii z místa úderu letícího hmyzu přes celou její plochu.
Hlavní rozdíl mezi vlákny pavoučích sítí a ostatními materiály není ani tak pevnost , jako stupeň, do něhož mohou být vlákna protažena, nežli prasknou. Například vysokotažná ocel praskne při protažení menším, než l%, celulózová vlákna praskají při prodloužení kolem 3% a vlákna šlach se před  prasknutím protáhnou až o l0 %, avšak množství energie, nutné k jejich přetržení je poté již nízké.


Výzkum pavoučího hedvábí je zaměřen prakticky jen na  několik desítek křižáků, tj. stavitelů zmíněných dvojrozměrných sítí. Tato jednostranost  ovlivnila cíle a zaměření studia snovací činnosti pavouků na katedře biologie. které je zaměřeno na snovací aparát, resp. produkci různých typů vláken pavouků u doposud opomíjených skupin pavouků včetně těch, které obývají extrémní biotopy.. Studován je jak snovací aparát, tak ultra resp. nanostruktura hedvábí. Zkoumány jsou rovněž snovací žlázy, včetně jejich histochemické analýzy. V porovnání s ostatními, především zahraničními pracovišti, kde je podobně zaměřený výzkum prováděn, je pozornost týmu s výrazným zastoupením studentů věnována také chování pavouků při snovací činnosti a hledání souvislostí mezi ultrastrukturou hedvábných vláken, způsobem, jakým pavouci  sami ovlivňují tuhnutí tekutého hedvábného sekretu  a funkčním  významem  vnějších tryskovitých  vývodů snovacích žláz.  K nejvýznamnějším , již publikovaným výsledkům, patří  např. objev a popis nanostruktury resp. supramolekulárního uspořádání nanofibril hedvábí primitivních, starobylých čeledí pavouků s malou diverzitou snovacích žláz , či role hedvábných vláken v životě pavouků  obývajících podzemní prostory .
Výsledky výzkumu, který je svým charakterem především výzkumem základním, jsou využitelné jak z hlediska fylogenetické analýzy snovací činnosti, tak z hlediska výzkumu vláknitých biopolymerů.

doc. RNDr. Jaromír Hajer, CSc.


MFDnes2401Usteckauniverzita.jpg


UJEP » PřF »
RSS blind print

Přírodovědecká fakulta
Univerzity J. E. Purkyně
České mládeže 8
400 96 Ústí nad Labem

Studijní oddělení:
Tel: +420 475 283 303 
Tel: +420 475 283 185 
Tel: +420 475 283 182 

Děkanát:
Tel: +420 475 283 223
Fax: +420 475 283 563
E-mail: info@sci.ujep.cz
IČ: 44555601

 

Úřední deska PřF UJEP

facebook_200.jpg

UMC banner

Virtuální prohlídka PřF UJEP

Akademický senát PřF UJEP

Kontakty Přírodovědecké fakulty

logo_akademie kopie.png

Partneři Přírodovědecké fakulty

ČLÁNEK - Úspěšní studenti PřF UJEP
 
Obrovský úspěch studenta
Aplikovaných nanotechnologií
 
 
 
dotyk_pru_poz.png

logo_sthi-dtcz.JPG
logo Cíl 3.jpg
logo_generace_y.jpg

Aktuálně

Harmonogram promocí 27. 6. 2017

Promoce - červen 2017

Ankety

U medvěda není nuda

3_153.png

Malajský medvěd Myanmar je maskotem Přírodovědecké fakulty UJEP.



© 2009 Přírodovědecká fakulta UJEP Mapa stránek | Vytisknout stránku | Styl pro slabozraké