Как один из самых прочных материалов, известных науке, шелк паука регулярно оказывается в центре захватывающих инженерных прорывов, и новое исследование, включающее быструю химическую ванну, может вывести это исследование на новый уровень. Ученые разработали новый метод обработки шелка тутового шелкопряда, который изменяет его, чтобы повысить эксплуатационные качества, при этом конечный продукт обладает на 70% большей прочностью, чем неукротимый паучий шелк.
Ученые работают над тем, чтобы реплицировать невероятные свойства паучьего шелка интересными способами. Разведение пауков на фермах для производства материала в больших количествах — одна из возможностей, но их территориально-конфликтный характер не так хорошо подходит для этих условий.
Мы видели, как исследователи делали прорыв в инженерных бактериях, чтобы производить свою собственную версию шелка и еще создавать его синтетические версии со многими из тех же свойств, что и шелк паука. Некоторые изобретательные достижения даже включали кормление пауков графеном, чтобы сделать их шелк более прочным, или добавление нанокристаллов, чтобы сделать синтетические версии прочнее и жестче, чем настоящие.
Шелк, который шелкопряды производят для создания своих коконов, является еще одним предметом интереса в этих исследовательских кругах. Разведение тутового шелкопряда дает почти весь коммерчески используемый шелк во всем мире, но его меньшая прочность, чем у паучьего шелка, делает его использование в основном ограниченным для моды и текстиля. Мы видели, как ученые решают эту проблему, разрабатывая химическую обработку, призванную сделать шелк тутового шелкопряда более механически жестким, и теперь команда из Тяньцзиньского университета в Китае придумала собственный многообещающий рецепт.
Отправной точкой команды послужил натуральный шелк тутового шелкопряда. Процесс включал кипячение шелка в ванне с химическими веществами, которые растворяют слой клея, покрывающий сердцевинные волокна шелка, но сводят к минимуму повреждение белков шелка. Затем шелк затвердевал в ванне с металлами и сахарами, которые еще больше его улучшали.
«Поскольку шелк тутового шелкопряда структурно очень похож на шёлк для кокона с яйцами паука, который, как было показано ранее, хорошо себя показал в ваннах в смеси с цинком и железом, мы решили протестировать этот альтернативный метод, чтобы избежать опасных условий, используемых в других местах», — сказал старший автор Чжи Линь, биохимик из Тяньцзиньского университета. «Сахароза, форма сахара, может увеличивать плотность и вязкость коагуляционной ванны, что, соответственно, влияет на формирование волокон».
Затем материал команды вручную пряли и вытягивали, образуя тонкий шелк, похожий на шелк паука, но «значительно более механически жесткий», чем любой известный натуральный шелк. Команда обнаружила, что он также имеет значительно более высокую прочность на растяжение, чем натуральный шелк паучьего драглайна, на уровне 2 гигапаскалей (ГПа). Это также значительно опережает многообещающий синтетический шелк с 1 ГПа, который мы рассматривали в прошлом году.
«Наше открытие переворачивает предыдущее представление о том, что шелк тутового шелкопряда не может конкурировать с шелком паука по механическим характеристикам», — сказал Линь.
Исследование опубликовано в журнале Matter.
Источник: Cell Press via ScienceDaily .
