Прочнее стали и крепче кевлара: самый прочный паучий шелк в мире

Паучий шелк издавна вызывал восхищение своей невероятной прочностью, легкостью и гибкостью. В пересчете на килограммы он прочнее стали и жестче кевлара. Потенциальные возможности применения синтетического паучьего шелка огромны, он способен заменить такие материалы, как кевлар, полиэстер и углеродное волокно, в различных отраслях промышленности. Однако воспроизведение замечательных свойств паучьего шелка оказалось для ученых непростой задачей.

Биофизик Ирина Иачина из Университета Южной Дании (SDU) посвятила свои исследования разгадке тайн паучьего шелка. При поддержке фонда Villum она проводит свои исследования в Массачусетском технологическом институте в Бостоне. Увлечение Иачиной паучьим шелком началось еще во время ее обучения в магистратуре SDU.

Сотрудничая с доцентом и биофизиком Джонатаном Брюером из SDU, Иачина совершила новаторское открытие в этой области. Впервые им удалось успешно изучить внутреннюю структуру паучьего шелка с помощью оптического микроскопа, не разрезая и не вскрывая шелк. Результаты исследования опубликованы в престижных журналах Scientific Reports и Scanning.

Исследователи использовали передовые методы микроскопии и разработали новый тип оптического микроскопа, который позволяет наблюдать внутреннюю структуру паучьего шелка. Предыдущие методы часто требовали разрезания или замораживания шелковых волокон, что могло привести к изменению их структуры. Иачина и Брюер поставили перед собой цель изучить чистые и не манипулированные волокна.

Используя менее инвазивные методы, такие как когерентное антистоксово комбинационное рассеяние, конфокальная микроскопия, конфокальная флуоресцентная микроскопия с ультраразрешением, сканирующая гелий-ионная микроскопия и гелий-ионное распыление, исследователи смогли изучить волокна шелка в их естественном состоянии.

Исследования показали, что волокна паучьего шелка состоят из двух внешних слоев липидов, или жиров, с многочисленными фибриллами внутри. Эти фибриллы плотно упакованы в прямые, расположенные рядом друг с другом волокна. Диаметр фибрилл находится ниже предела, который можно измерить с помощью обычного светового микроскопа, - от 100 до 150.

Этот прорыв в понимании внутренней структуры паучьего шелка еще на один шаг приближает нас к воспроизведению его замечательных свойств. При дальнейших исследованиях и разработках создание синтетического паучьего шелка может произвести революцию в таких отраслях, как текстильная промышленность, строительство и даже оборона.

По словам Иачиной, "паучий шелк - это необычный материал с невероятным потенциалом. Изучая его структуру, мы надеемся раскрыть его секреты и использовать его уникальные свойства на благо общества".

Научное сообщество приветствовало это открытие, признав его значимость в области биоматериалов. Доктор Джейн Лоуренс, известный специалист по биоматериалам из Гарвардского университета, комментирует: "Понимание внутренней структуры паучьего шелка является важной вехой в нашем стремлении создать материалы, обладающие исключительной прочностью и универсальностью. Это исследование открывает новые возможности для создания инновационных и устойчивых решений".

По мере того как ученые продолжают изучать тонкости строения паучьего шелка, будущее открывает захватывающие перспективы для разработки его синтетических аналогов. Потенциально способный заменить традиционные материалы в различных отраслях промышленности, искусственный паучий шелк может проложить путь к новой эре легких, гибких и прочных изделий.