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

Праця як прорив до свободи
Що таке праця? Праця - це той місток, що прокладений від первісної до сучасної людини. Саме вона зробила нас тим, ким ми є. Ми перестали ховатись від блискавки, думаючи, що це боги карають нас за неслухняність, перестали чекати літа, аби ...

Виробництво кормового білка
Білки є обов'язковими компонентами клітин будь-якого живого організму, що виконують життєво важливі функції: каталітичний, регуляторний, транспортний, біоенергетичні, захист від інфекції й дії стресових факторів, структурні, запасні й інш ...