Металлическая ионная ванна может сделать волокна прочнее паутинного шелка

Сверхпрочный искусственный шелк? Это такой металл.

Обработка обновленного шелка шелкопряда металлической ванночкой может сделать нити одновременно прочными и жесткими, сообщают ученые 6 октября в журнале Matter. Команда обнаружила, что некоторые нити были на 70 процентов прочнее шелка, сотканного пауками.

Эта работа является последней в многолетнем стремлении создать волокна, такие же прочные, легкие и биоразлагаемые, как паутинный шелк. Если бы ученые могли массово производить такой материал, его потенциальное применение варьировалось бы от биомедицинского до спортивного. Швы, искусственные связки и сухожилия — даже спортивное снаряжение может быть усовершенствовано паукообразными.

“Если у вас есть альпинистская веревка, которая весит вдвое меньше, чем обычно, и при этом обладает теми же механическими свойствами, то, очевидно, вы будете счастливым альпинистом”, — говорит Рэнди Льюис, специалист по шелку из Университета штата Юта в Логане, который не принимал участия в исследовании.

Раздобыть достаточное количество шелковистого материала для изготовления этих сверхпрочных изделий было большим препятствием. Шелк, полученный от тутовых червей, легко добывается, но не настолько прочен. А паучий шелк, золотой стандарт прочности и ударопрочности ручного прядения, собрать не так-то просто. “В отличие от шелкопрядов, пауков нельзя разводить из-за их территориальной и агрессивной природы”, — пишут соавтор исследования Чжи Лин, структурный биолог из Тяньцзиньского университета в Китае, и его коллеги.

Ученые всего мира пытались сплести прочные нити в лаборатории, используя в качестве отправной точки коконы шелкопряда. Первый шаг — снять клейкую внешнюю оболочку шелка. Ученые могут сделать это, прокипятив волокна в химической ванне, но это может быть все равно, что взяться за топор для уничтожения белков шелка. Если белки будут слишком повреждены, ученым будет трудно восстановить их в высококачественные нити, говорит Крис Холланд, специалист по материалам из Университета Шеффилда в Англии, который не принимал участия в исследовании.

Команда Лин попробовала более щадящие подходы, в одном из которых использовались более низкие температуры и фермент папайи, чтобы помочь растворить шелковую оболочку. Этот мягкий метод, казалось, сработал. “У них нет крошечных кусочков протеина шелка”, — говорит Льюис. “Это очень важно, потому что чем больше останется белков, тем прочнее будут волокна”.

изображение волокон искусственного шелка под микроскопом
Ученые могут прясть искусственные шелковые волокна (на фото), которые являются прочными и износостойкими, используя метод, включающий ванну с ионами металла.

После некоторых этапов обработки исследователи выдавили полученный шелковый осадок через крошечную трубочку, как при выдавливании зубной пасты. Затем они вымыли экструдированный шелк в растворе, содержащем ионы цинка и железа, в конечном итоге растянув нити, как ириску, чтобы получились длинные тонкие волокна. Погружение металла могло быть причиной того, что некоторые нити были такими прочными — команда Лина обнаружила ионы цинка в готовых волокнах. Но Холланд и Льюис не так уверены.

Настоящая инновация команды может заключаться в том, что “им удалось расплетать шелк менее разрушительным способом”, — говорит Холланд. Льюис соглашается. “На мой взгляд, — говорит он, “ это большой шаг вперед”.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *