Паутина из тутовых червей в 6 раз прочнее кевлара — ее можно использовать даже для бронежилетов

Исследователи успешно произвели паутину, генетически модифицировав тутового шелкопряда с помощью инструмента редактирования геномов. Это большое достижение в области устойчивого производства легких материалов, которые отличает высокая прочность на разрыв и изгиб. К тому же экологически такой материал безопасен, в отличие от коммерческих синтетических волокон, таких как нейлон и кевлар. Статья с изложением методики производства и результатов испытаний материала вышла в журнале Matter.

Несмотря на значительные достижения в науке и технологии полимерных волокон, человечеству по-прежнему необходимы усовершенствованные волокна с по-настоящему высокой прочностью на разрыв. Однако в коммерческих синтетических волокнах всегда есть компромисс между прочностью и ударной вязкостью.

Современные теории показывают, что свойства ударной вязкости и прочности на разрыв конструкционных материалов являются взаимоисключающими. Например, при сравнении хорошо известных волокон кевлара и нейлона есть компромисс: нейлон имеет лучшую прочность на разрыв, а кевлар отличает более высокая ударная вязкость. В результате разработка суперматериалов, отвечающих растущим промышленным требованиям к высокой прочности и сверхпрочности, зависит от решения фундаментальной научной проблемы сочетания ударной вязкости и прочности волокна.

Из этого правила есть одно исключение — паучий шелк. Однако научные знания о том, как заставить шелковичных червей производить паутину, отсутствуют, что затрудняет коммерциализацию этого материала.

Чтобы создать новую структурную модель шелка, исследователи из Юго-Западного университета в Чунцине и Университета Дунхуа в Шанхае разработали теоретическую основу, которая объясняет критические факторы, влияющие на прочность и вязкость волокна. 

Определив важнейшие компоненты, необходимые для превращения шелка тутового шелкопряда в паучий шелк, авторы исследования использовали CRISPR (мощный инструмент редактирования геномов) для создания шелкопрядов, которые прядут паучий шелк. 

В результате им удалось получить полноразмерные белки паучьего шелка с использованием тутовых шелкопрядов. Полученное волокно более чем в шесть раз прочнее кевлара и имеет высокую прочность на разрыв, превосходя большинство натуральных и синтетических волокон, таких как нейлон. Это достижение подтверждает теорию, согласно которой можно производить волокна паучьего шелка, которые будут очень прочными и при этом эластичными.

Это открытие устраняет открывает возможности для коммерческого производства паучьего шелка в качестве экологически чистой альтернативы синтетическим волокнам. Ученые, в свою очередь, получают новую информацию для создания сверхматериалов, которые необходимы для создания будущих космических лифтов, не говоря уже о применении таких материалов в хирургических швах, производстве бронежилетов и при разработке инноваций в военной, аэрокосмической промышленности и биомедицине.