Паучий шёлк — один из самых прочных природных материалов. Его уникальные свойства вдохновили учёных на разработку ткани для бронежилетов, "жидких" самосворачивающихся проводов, струн для скрипки, капсул для хранения реагентов и многого другого.
Но проблема в том, что паучий шёлк очень сложно получить хоть в сколько-нибудь значимом количестве. В отличие от шелкопрядов, пауков невозможно выращивать в промышленных масштабах из-за крайне высокого каннибализма. А сам шёлк – это невероятно сложная структура из различных белков, сахаров и липидов, которую трудно воспроизвести в лаборатории.
Безусловно, такие попытки были, но все они связаны с высокими температурами и токсичными растворителями. И вот, наконец, команде исследователей из Кембриджского университета удалось разработать принципиально новый подход, который описан в статье, опубликованной в журнале PNAS.
Своё шёлковое волокно учёные получили из гидрогеля, который на 98% состоит из воды. Остальные 2% — это кремнезём и целлюлоза, переплетённые между собой и сцепленные молекулярными "наручниками" – кукурбитурилами. В данной системе волокна способны к самосборке при комнатной температуре. Химические взаимодействия между компонентами позволяют вытягивать очень длинные и тонкие нити геля. Их диаметр составляет всего несколько миллионных долей метра.
После получения волокна в течение 30 секунд вода испаряется, оставляя нить, которая обладает высочайшей прочностью и эластичностью.
"Хотя наши волокна не так прочны, как самые прочные нити паучьего шёлка, они выдерживают напряжение в диапазоне от 100 до 150 мегапаскалей, — рассказывает один из соавторов исследования доктор Дарсил Шах (Darshil Shah) в пресс-релизе Кембриджа. — При этом они нетоксичны и гораздо менее энергоёмки".
Прочность нового шёлка превосходит другие синтетические волокна, такие как вискоза или искусственный шёлк, а также такие натуральные нити, как волосы человека и животных. Ещё одним серьёзным достижением технологии стало придание материалу демпфирующих свойств, то есть способности поглощать большое количество энергии, в частности, гасить колебания. Это одна из уникальных особенностей паучьего шёлка, которая обеспечивает паутине её устойчивость и сохранение функциональности в естественных условиях.
По мнению разработчиков, новый метод получения волокна, благодаря своей экологичности и энергоэффективности, способен усовершенствовать не только уже существующие методы изготовления искусственного паучьего шёлка, но и других синтетических нитей.
В погоне за максимально близкой имитацией природного материала успехов удалось добиться и другим исследователям. Например, недавно учёные отчитались о получении километра паутины с помощью нового прядильного устройства. А китайская команда решила улучшить природный шёлк, добавив в рацион шелкопряда графен и углеродные нанотрубки.
