Известный науке как один из самых прочных материалов, паучий шелк регулярно оказывается в центре захватывающих инженерных прорывов. Благодаря новому эксперименту с использованием быстродействующих химических растворов эти исследования могут выйти на новый уровень. Ученые разработали инновационный метод обработки шелка тутового шелкопряда, который изменяет его состав и повышает его характеристики, причем готовый продукт обладает на 70% большей прочностью, чем шелк паука.

Ученые разработали новый метод обработки шелка тутового шелкопряда, который делает его на 70% прочнее шелка паука. Depositphotos

Ученые постоянно пытаются воспроизвести уникальные свойства паучьего шелка с помощью разных интересных способов. Одним из таких вариантов является разведение пауков на специальных фермах для производства материала в больших масштабах. Правда, их территориальная природа не лучшим образом сказывается в таких условиях.

В более ранних экспериментах исследователи использовали бактерии для производства синтетической версии, обладающей такими же свойствами, как и паучий шелк. Некоторые изобретатели даже кормили пауков графеном, чтобы сделать их шелк более прочным, или добавляли нанокристаллы, пытаясь придать синтетическим материалам прочность и жесткость.

Шелк, который производят шелкопряды для создания своих коконов, является еще одним объектом исследований специалистов. При выращивании тутового шелкопряда производится практически весь коммерческий шелк в мире. Однако его прочность ниже, чем у паучьего шелка, поэтому его использование в основном ограничено производством одежды и текстиля. Ученые пытаются решить эту проблему, придумывая различные химические методы обработки, чтобы сделать шелк тутового шелкопряда более жестким. Недавно команда из китайского университета Тяньцзинь предложила собственную технологию.

В качестве исходного материала команда использовала натуральный шелк тутового шелкопряда. Процесс заключался в кипячении шелка в ванне с химикатами, которые растворили клейкий слой, покрывающий волокна шелка, но при этом не повредили шелковые белки. Далее шелк оставили на некоторое время в ванне с металлами и сахарами, которые еще больше усилил его свойства.

"Поскольку шелк шелкопряда структурно очень похож на шелк паука-птицееда, который, как было показано ранее, хорошо переносит смесь цинковых и железных ванн, мы решили испытать этот альтернативный метод, чтобы избежать опасных условий, используемых другими технологиями", - рассказывает руководитель проекта Чжи Линь, биохимик из Университета Тяньцзиня. "Сукроза, одна из форм сахара, способна повысить плотность и вязкость коагуляционной ванны, что, соответственно, влияет на формирование волокон".

Затем материал, полученный экспертами, вручную пряли и вытягивали, формируя тонкие нити, похожие на паучьи, но "значительно более жесткие", чем все известные виды натурального шелка. Команда обнаружила, что его прочность на разрыв значительно выше, чем у натурального паучьего шелка, и составляет 2 гигапаскаля (ГПа). Благодаря этому он значительно превосходит перспективный синтетический шелк с прочностью 1 ГПа, который учёным удалось воспроизвести в прошлом году.

 "Наш результат опровергает прежнее мнение о том, что шелк тутового шелкопряда не может конкурировать с паучьим шелком по механическим характеристикам", - считает Лин.

Результаты данного эксперимента были представлены в издании Matter.

Источники: Cell Press via ScienceDaily, journal Matter, Journal Newatlas

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(22)00517-3

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/10/221006111845.htm

https://newatlas.com/materials/chemically-bathed-silkworm-silk-stronger-spider-silk/