Шелк шелкопряда, подвергнутый химической ванне, на 70% прочнее паучьей паутины

Ученые разработали новый метод обработки шелка тутового шелкопряда, который меняет его состав и повышает производительность, при этом конечный продукт обладает на 70% большей прочностью, чем паучья паутина.

Ученые работают над воспроизведением невероятных свойств паучьего шелка интересными способами. Разведение пауков для производства материала в больших количествах — одна из возможностей, но их территориальный характер не так хорошо подходит для этих условий.

Исследователи вторгались в инженерные бактерии, чтобы производить собственную версию шелка и создавать его синтетические версии со многими из тех же свойств, что и паутина. Некоторые 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 исследовательских кругах. Выращивание тутового шелкопряда производит почти весь коммерчески используемый шелк во всем мире, но его меньшая прочность, чем у паучьего шелка, делает его использование ограниченным для моды и текстиля. Ученые решают эту проблему, разрабатывая химическую обработку, призванную сделать шелк тутового шелкопряда более жестким, и теперь команда из китайского университета Тяньцзиня 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 паутину яичного паука, который хорошо себя чувствует в ваннах 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 может увеличивать плотность и вязкость коагуляционной ванны, что влияет на формирование волокон».

Затем материал команды вручную пряли и вытягивали, образуя тонкий шелк, похожий на паутину паука, но «значительно более жесткий», чем любая известная натуральная. Команда обнаружила, что он также имеет значительно более высокую прочность на растяжение, на уровне 2 гигапаскалей (ГПа).

«Наше открытие переворачивает предыдущее представление о том, что шелк тутового шелкопряда не может конкурировать с паучьей паутиной по механическим характеристикам», — сказал Лин.

Исследование опубликовано в журнале Matter.