Китай створив надміцне шовкове волокно, яке в 6 разів міцніше за кевлар

Китайські вчені синтезували перше цільне волокно павутинного шовку з генетично модифікованих шовкопрядів, яке міцніше за «більшість натуральних і синтетичних волокон», таких як кевлар.

Павутинний шовк, отриманий з генетично модифікованих шовкопрядів. Фото: Мі Цзюньпен — Павутинний шовк, отриманий з генетично модифікованих шовкопрядів. Фото: *Мі Цзюньпен*

У дослідженні, опублікованому 20 вересня в журналі Matter, вчені з Університету Дунхуа в Шанхаї повідомили, що волокна павутинного шовку мають як високу міцність на розрив, так і виняткову жорсткість. Міцність павутинного шовку в шість разів більша, ніж у кевлара, а міцність на розрив (здатність витримувати натяг при розтягуванні) вища, ніж у нейлону. Мі Цзюньпен, провідний автор дослідження, сказав, що нові волокна мають багато застосувань, включаючи хірургічні шви, куленепробивний одяг, інтелектуальні матеріали та аерокосмічні технології.

Команда використала інструмент редагування генів CRISPR-Cas9 для генетичної модифікації яєць шовкопряда, додавши ген білків павутиння. Ця модифікація змусила очі шовкопрядів світитися під флуоресцентним мікроскопом. Щоб переконатися, що генетично модифіковані шовкопряди виробляють білки павутиння, дослідникам спочатку потрібно було краще зрозуміти структуру шовку. Вони використовували модель структури шовку, яка була успішно перевірена в експериментах.

Одним із найбільших викликів, за словами Мі, було з'ясувати, як «локалізувати» білки павука, щоб вони могли взаємодіяти з білками шовкопряда. Моделювання дозволило їм краще зрозуміти, які модифікації потрібно внести для забезпечення ефективної інтеграції. Крім того, за словами Мі, збір успішно модифікованих шовкопрядів також був складним завданням, оскільки для отримання кількох трансгенних шовкопрядів потрібно було до 100 яєць. Шовкопряди також потребують регулярного догляду, оскільки вони «харчуються кілька разів на день».

Павутинний шовк екологічно чистий, міцніший та гнучкіший, ніж синтетичні волокна, такі як нейлон та кевлар, для виробництва яких потрібна висока енергія та які забруднюють навколишнє середовище. Павутинний шовк також міцніший та менш крихкий, ніж натуральний шовк, що виробляється шовкопрядами. Але масштабне виробництво павутинного шовку є складним, оскільки павуки є канібалістами та не можуть розмножуватися поруч у великій кількості.

Штучний павутинний шовк не є ідеальним, оскільки навіть найсучасніші методи виробництва не можуть повністю імітувати природну структуру, оскільки дослідники не до кінця розуміють механізм прядіння шовку. Шовк також має природну захисну кутикулу, яку неможливо штучно імітувати. Залози шовкопрядів та павуків також мають схожі характеристики, тому шовк, вироблений дослідницькою групою, зберігає свої структурні характеристики та захисний шар.

У майбутньому Мі та його колеги використовуватимуть синтетичні амінокислоти для модифікації шовку та створення більш міцних версій.

Ан Ханг (за даними SCMP )

Як винайшли шовк?, Жорсткі диски, виготовлені з шовку

Посилання на джерело