Інженери створили волокна штучної павутини, які міцніші від сталі та кевлару
Джерело:
Phys.orgПавутина – один з найміцніших матеріалів на Землі. За допомогою генетично модифікованих бактерій американські вчені синтезували полімерні амілоїдні волокна, які виявилися міцнішими від деяких видів павукового шовку, а також сталі та кевлару. Творці впевнені, що у нового матеріалу величезний потенціал.
Команда професора Чжана Фучжона з Вашингтонського університету у Сент-Луїсі працювала з павутиною і раніше. У 2018 році його лабораторія створила бактерії, які виробляли рекомбінантний павуковий шовк, який не поступався природним аналогам з усіх важливих механічних властивостей. Але потім вони задумалися, чи не можна синтезувати щось більш міцне.
Цікаво Вчені створили найтонший у світі двовимірний магніт – де його застосують
Надміцна павутина
Для цього вони модифікували ланцюжка амінокислот у білку шовку, щоб додати йому нових властивостей, зберігши при цьому деякі корисні якості.
Проблема з рекомбінантним волокном павутини у тому, що головний компонент натуральних павукових ниток – бета-нанокристали – важко отримати без значної генної модифікації.
Павуки придумали, як сплітати нитки з потрібною кількістю нанокристалів. Але коли люди запускають штучне прядіння, обсяг нанокристалів в синтетичному волокні часто нижчий, ніж у природного аналога, – зазначив Чжан.
Тому вченим довелося модифікувати гени шовку, ввівши амілоїдні ланцюжки з високою схильністю до утворення бета-нанокристалів. Вони створили інші полімерні амілоїдні білки з добре вивчених амілоїдних ланцюжків. Отримані білки мали менше повторюваних послідовностей амінокислот, ніж у павутини, тобто бактеріям було простіше їх створювати.
Результати розробки
У результаті виходив гібридний амілоїдних білок з 128 повторюваними одиницями. Це менше, ніж 192 в попередній розробці вчених, але наявність бета-нанокристалів з лишком компенсує цей недолік високою міцністю.
Показник межі міцності на розрив становить близько 1 ГПа, а середня ударна в'язкість – 161 мегаджоуль на м3. У такому поєднанні матеріал перевершує більшість штучних волокон, а також природних, включаючи нитки павука-кругопряда.
Вчені переконані, що запас для збільшення міцності матеріалу ще великий: вони працювали всього лиш з трьома амілоїдними ланцюжками, а серед тисяч інших можуть ховатися ще більш цікаві комбінації.