Китай создал сверхпрочное шелковое волокно, в 6 раз прочнее кевлара

Китайские ученые синтезировали первое полноценное волокно паучьего шелка из генетически модифицированных шелкопрядов, которое прочнее «большинства натуральных и синтетических волокон», таких как кевлар.

Паучий шёлк, производимый генетически модифицированными шелкопрядами. Фото: Ми Цзюньпэн — Паучий шёлк, производимый генетически модифицированными шелкопрядами. Фото: *Ми Цзюньпэн*

В исследовании, опубликованном 20 сентября в журнале Matter, учёные из Университета Дунхуа в Шанхае сообщили, что волокна паучьего шёлка обладают высокой прочностью на разрыв и исключительной прочностью. Прочность паучьего шёлка в шесть раз выше, чем у кевлара, а прочность на разрыв (способность выдерживать растяжение) выше, чем у нейлона. Ми Цзюньпэн, ведущий автор исследования, отметил, что новые волокна находят широкое применение, включая хирургические нити, пуленепробиваемую одежду, интеллектуальные материалы и аэрокосмическую технику.

Команда использовала инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для генетической модификации яиц шелкопряда, добавив ген, кодирующий белки паучьего шёлка. Эта модификация привела к тому, что глаза шелкопрядов начали светиться под флуоресцентным микроскопом. Чтобы убедиться, что генетически модифицированные шелкопряды производят белки паука, исследователям сначала нужно было лучше понять структуру шёлка. Они использовали модель структуры шёлка, успешно прошедшую экспериментальную проверку.

По словам Ми, одной из самых сложных задач было определить, как «локализовать» белки паука, чтобы они могли взаимодействовать с белками шелкопряда. Моделирование позволило им лучше понять, какие модификации необходимы для обеспечения эффективной интеграции. Кроме того, по словам Ми, сбор успешно модифицированных шелкопрядов также представлял собой сложную задачу, поскольку для получения нескольких трансгенных шелкопрядов требовалось до 100 яиц. Шелкопряды также требовали регулярного ухода, поскольку они «питаются несколько раз в день».

Паучий шёлк экологичен, прочнее и гибче, чем синтетические волокна, такие как нейлон и кевлар, производство которых требует больших затрат энергии и загрязняет окружающую среду. Паучий шёлк также прочнее и менее ломкий, чем натуральный шёлк, производимый тутовыми шелкопрядами. Однако крупномасштабное производство паучьего шёлка затруднено, поскольку пауки — каннибалы и их невозможно выращивать бок о бок в больших количествах.

Искусственный паучий шёлк не идеален, поскольку даже самые передовые методы производства не могут полностью имитировать природную структуру, поскольку исследователи не до конца понимают механизм прядения шёлка. Шёлк также имеет естественную защитную кутикулу, которую невозможно смоделировать искусственно. Железы тутового шелкопряда и паука также обладают схожими характеристиками, поэтому шёлк, полученный исследовательской группой, сохраняет свою структуру и защитный слой.

В будущем Ми и его коллеги будут использовать синтетические аминокислоты для модификации шелка и создания более прочных версий.

Ан Кханг (по данным SCMP )

Как был изобретен шелк? Жесткие диски из шелка

Ссылка на источник