Застосування павутини в промисловості

Німецькі вчені змогли перетворити й без того міцну павутину в справжню супернитку, що у багато разів міцніша, і при цьому чудово розтягується. Вчені розмочили павукову нитку та ввели в неї атоми металів, які «склеїли» окремі білки павутини.

За легендою, у Людовіка XIV і Наполеона були рукавички, виготовлені з павутини, а старіючій британській королеві Вікторії китайське посольство піднесло цілу мантію з такого матеріалу. Важко сказати, наскільки цим твердженням можна вірити, і яку частку в цих тканинах на ділі становила павукова нитка, але доля істини у всьому цьому є. За відповідних умовах павутинка може витримати натяг, у кілька разів більший, ніж максимальний натяг сталевої нитки того ж діаметра, будучи при цьому у кілька разів легше. Наприклад, павутинка товщиною в 1 мм повинна, по ідеї, може втримати людину; як тут не порадіти, що павуки не плетуть такої павутини.

Про специфічні умови, наявність більш міцних сортів стали і ту обставина, що павутинка при цьому розтягнеться на 20-30%, при такому порівнянні звичайно не згадують. І все ж еластичність, міцність і легкість павутини змушують багатьох інженерів мріяти про створення подібного їй синтетичного матеріалу - або хоча б навчитися виробляти натуральну павутину в промислових масштабах. Більше того, такі досліди є: виведені кози, у ДНК яких є гени павукової павутини, а в молоці опиняється велика кількість таких білків - правда, не у сплетеній в нитку формі.

Група німецьких фізиків і хіміків під керівництвом Лі Син Мо з Інституту фізики мікроструктур імені Макса Планка показала, що павутину можна зробити ще міцнішою та еластичнішою.

Особлива обробка перетворює натуральну павутину в супернитку, що міцніша в 5 разів і розтягується втричі краще.

Супернитка товщиною в 1 мм зможе витримати вже з півтонни, вона розтягується в півтора-два рази та має майже ту ж щільність. Технологія такої обробки описана в статті, опублікованій в останньому номері Science.

Вчені спробували отримати чергове підтвердження гіпотезі, що свою силу особливо міцні біологічні матеріали - зубна емаль, клішні, елементи скелету, жала деяких організмів - черпають із порівняно невеликих неорганічних включень у білковій матриці. Замість того, щоб будувати нескінченні графіки кореляції параметрів міцності з кількістю металу в білку, Лі Син Мо і його колеги вирішили прямо порівняти, як буде відрізнятися павукова нитка, у якій мало металу, від павукової нитки, у якій його багато.

Павутинку вчені добули за допомогою павука роду Araneus, намотуючи її на мідну скріпку. Аранеуси - близькі родичі знайомого нам усім павука-хрестовика, у їхнє число входить і він сам. Який вид аранеусів використовувався, не уточнюється, але оскільки спіймали його фізики прямо у дворі свого інституту в Галлі, в центрі Європи, навряд чи це був екзотичний екземпляр.

Отримані від павука нитки експериментатори помістили у вакуумну камеру. Тут їх висушили та піддали багаторазовим циклам осадження на поверхню павутинок металевих сполук, що перемежовувалися витримуванням у парах води.

Спочатку як така сполука використовувався диетилцинк Zn(C2H5)2, оскільки цинк гарантовано працює «підсилювачем міцності» хоча б в одного виду – він відповідає за надзвичайну міцність зубів багатощетинкових хробаків нереїд, які легко гризуть коралові скелети. Потім до цинку додали алюміній у формі триметилалюмінію Al(CH3)3 і відомий своєю міцністю титан (IV) у формі Ti(OCH(CH3)2)4.

Після кількох сотень таких циклів (кожен тривалістю 1-2 хвилини) на поверхні павутинки залишалася тонка плівка оксиду - цинку, алюмінію або титану відповідно. І механічні показники - що вихідний модуль Юнга, що межа міцності, - різко збільшувалися. Краще всіх себе показав титан, і в цілому, чим більше циклів метал/вода було, тим краще був результат.

Подібні статті

Регуляція обміну речовин. Терморегуляція
Процес обміну речовин в організмі складається з кількох тисяч хімічних реакцій, які протікають в організмі. Обмін речовин являє собою єдність двох процесів: асиміляції і дисиміляції. Асиміляція супроводжується посиленням дисиміляцій ...

Вікові особливості нервової функції
Вікова періодизація є умовним поділом цілісного життєвого циклу на вікові періоди, що вимірюються роками. Відомо, що розвиток дитини відбувається за кілька періодів, які послідовно змінюють один одного. Цей процес є обов'язковим і передбач ...