Среди множества достижений современной цивилизации одним из самых востребованных являются высокопрочные волокна. Они используются для производства верёвок и тросов, в промышленности, медицине и в других сферах деятельности. Поскольку прочности слишком много не бывает, не прекращаются поиски новых материалов с лучшими характеристиками. Порой идеи для их создания берутся из природы, такие как использование паучьей нити.

Природные материалы

Исследователи давно обнаружили, что прочность некоторых натуральных материалов, встречающихся в природе, по своему уровню приближается или даже превосходит то, что создаёт человек собственными руками. К примеру, в ряде культур использовались доспехи, созданные из шёлка (ткань из нитей шелкопряда). Аналогичными свойствами обладает и паутина – тончайшие нити оказались на удивление прочными. Исследователи давно присматривались к паутине, пытаясь воссоздать её искусственно. Это получилось сделать ещё в 2018 году. Вот только результат оказался не таким, как ожидали: искусственные волокна были не столь прочными как оригинал.

Последовавшие за этим исследования оказались очень продуктивными. Учёным из Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете, Сент-Луис, США, удалось разработать технологию, позволяющую получить нити, по своей прочности не уступающие стали.

Синтетическая паучья нить

Вся сложность состояла в том, что исследователи хотели сохранить как можно больше свойств паучьего шелка, а для синтеза потребовалось бы внести огромные изменения в его состав. Единственным выходом было использование органических бета-нанокристаллов, которые входят в оригинальную паучью нить. Именно они придают нитям прочность, но во время синтеза искусственного материала исследователям не удавалось добиться требуемой концентрации бета-нанокристаллов, что ограничивало прочность синтетического паучьего шелка. Для решения этой проблемы учёные разработали новый амилоидный гибридный белок, на основе которого и создаётся искусственная паучья нить. Именно из него при определённых условиях образуются нанокристаллы, основной компонент натурального паучьего шелка.

Для создания искусственного шелка исследователи использовали бактерии, разработанные специально для этого случая. Генетически сконструированные в лаборатории бактерии благодаря учёным «научились» производить полимерное амилоидное волокно, полученное на основе модифицированного амилоидного белка. После получения нового синтетического волокна учёные провели серию испытаний, чтобы выяснить его свойства. Как оказалось, по своим прочностным характеристикам искусственный паучий шелк превышает кевлар, чьи характеристики выше, чем у стали. Также проведённые испытания и дополнительные исследования показали, что именно бета-нанокристаллы послужили причиной увеличения прочности. Новый материал может иметь очень много применений, от создания тонких и прочных тросов до использования в хирургических операциях.

Понравилась эта новость? Подпишись на нас в соцсетях!