Коприната на скромния паяк има някои доста впечатляващи свойства. Това е един от най-здравите материали, открити в природата, по-здрав от стомана и по-твърд от Kevlar. Може да се разтегне няколко пъти по-голяма от дължината му, преди да се счупи. Поради тези причини репликирането на паяковата коприна в лабораторията е малко мания сред учените по материали от десетилетия.
Свързано съдържание
- Зъбите на охлювите побеждават паяковата коприна като най-силният материал на природата
- Може ли паяковата коприна да спре движещия се влак?
Сега изследователи от университета в Кеймбридж създадоха нов материал, който имитира здравината, разтегливостта и капацитета на енергопоглъщане на паяковата коприна. Този материал предлага възможност за усъвършенстване на продукти от каски за велосипеди до парашути до бронежилетки до крила на самолета. Може би най-впечатляващото му свойство? Това е 98 процента вода.
„Паяците са интересни модели, тъй като са в състояние да произвеждат тези превъзходни копринени влакна при стайна температура, използвайки вода като разтворител“, казва Даршил Шах, инженер от Центъра за иновации на природни материали в Кеймбридж. „Този процес паяци се е развил през стотици милиони години, но ние не успяхме да копираме досега.“
Изработените в лабораторията влакна са създадени от материал, наречен хидрогел, който е 98 процента вода и 2 процента силициев диоксид и целулоза, като последните две, държани заедно с куркубитурили, молекули, които служат като „белезници“. Силициевите и целулозните влакна могат да се изтеглят от хидрогела. След около 30 секунди водата се изпарява, оставяйки след себе си само силната, еластична нишка.
Влакната са изключително здрави - макар и не толкова силни, колкото най-силните паяжини - и, значително по-важно, те могат да бъдат направени при стайна температура без химически разтворители. Това означава, че ако могат да бъдат произведени в мащаб, те имат предимство пред други синтетични влакна като найлон, които изискват изключително високи температури за предене, което превръща производството на текстил в една от най-мръсните индустрии в света. Изкуствената паякова коприна също е напълно биоразградима. И тъй като е направена от обикновени, лесно достъпни материали - главно вода, силициев диоксид и целулоза - има потенциал да бъде достъпна.
Тъй като материалът може да абсорбира толкова много енергия, потенциално може да се използва като защитна тъкан.
„Паяците се нуждаят от тази способност за усвояване, защото когато птица или муха удари мрежата им, тя трябва да може да усвои това, иначе ще се счупи“, казва Шах. „Така че неща като устойчиви на шрапнел или друго защитно военно облекло, това би било вълнуващо приложение.“
Други потенциални приложения включват плат плат, парашутна тъкан, материал с балон с горещ въздух и каски за велосипед или скейтборд. Материалът е биосъвместим, което означава, че може да се използва вътре в човешкото тяло за неща като шевове.
Шаблата също може да бъде модифицирана по редица интересни начини, казва Шах. Замяната на целулозата с различни полимери може да превърне коприната в съвсем различен материал. Основният метод би могъл да се възпроизведе, за да се получат версии на много тъкани, които не са необходими на химически разтворители.
„Това е общ метод да се правят всички влакна, да се правят всякакви форми от [изкуствени] влакна зелени“, казва Шах.
Шах и неговият екип далеч не са единствените учени, които работят върху създаването на изкуствена паяжина. За разлика от копринените червеи, които могат да се отглеждат заради коприната си, паяците са канибали, които не биха понасяли близките квартали, необходими за отглеждане, така че обръщането към лабораторията е единственият начин да се получат значителни количества материал. На всеки няколко години се появяват заглавия за нови посещения в процеса. Германски екип е модифицирал бактериите E-coli, за да произвежда молекули от паякова коприна. Учени от държавния университет в Юта развъждат генетично модифицирани „паякови кози”, за да произвеждат копринени протеини в млякото си. Американската армия тества "драконова коприна", произведена чрез модифицирани копринени буби, за използване в бронежилетки. По-рано тази година изследователи от Института Каролинска в Швеция публикуваха документ за нов метод за използване на бактерии за производство на протеини от паяжина коприна по потенциално устойчив, мащабируем начин. И тази пролет в стартиращия Bolt Threads базиран в Калифорния дебютира копринени копринени паяжини на биоинженеринг на фестивала SXSW. Техният продукт се прави чрез процес на ферментация на дрожди, който произвежда протеини от коприна, които след това преминават през екструдиране, за да се превърнат в влакна. Достатъчно обещаващо е, че създадохте партньорство с производителя на открито Patagonia.
Но, както се казва в историята на Wired за 2015 г., „досега всяка група, която се опитва да произведе достатъчно от нещата, за да ги изнесе на масовия пазар, от изследователи до гигантски корпорации, е почти неуспешна.“
Това е предизвикателството, с което Шах и неговият екип са изправени в момента.
"В момента ние правим около няколко десетки милиграма от тези материали и след това изтегляме влакна от тях", казва той. „Но ние искаме да опитаме да направим това в много по-голям мащаб.“
За целта екипът работи върху роботизирано устройство, за да изтегля и върти влакна по-бързо и в по-голям мащаб от преди. Те са имали известен успех, казва Шах и продължават да изследват процеса.
„Все още сме в ранните етапи на изследване“, казва той.
Констатациите на екипа бяха публикувани наскоро в списанието Proceedings of the National Academy of Sciences .
