Это звучит как что-то из комикса: материал, который вылетает из иглы и затвердевает в волокно, способное поднимать предметы, в 80 раз превышающие его собственный вес. Но мы здесь не говорим о фантастике.

Исследователи из лаборатории Silklab Университета Тафтса разработали липкую жидкость на основе шелка, которая мгновенно превращается в волокнистый материал при выбросе, вызывая в памяти бросающие вызов гравитации способности культового Человека-паука бросать паутину.

Однако, как бы вы ни хотели направить своего внутреннего супергероя, он еще недостаточно силен, чтобы нести человека через горизонт города. Тем не менее, впервые у нас есть настоящая технология переплетения паутины.

«Как ученые и инженеры, мы перемещаемся по границе между воображением и практикой. Вот где происходит все волшебство», — сказал Фиоренцо Дж. Оменетто, один из авторов исследования и директор Silklab.

«Нас может вдохновлять природа. Нас могут вдохновить комиксы и научная фантастика. В данном случае мы хотели перепроектировать наш шелковый материал так, чтобы он вел себя так, как его изначально задумала природа и как это представляли авторы комиксов», — добавил он.

Изготовление шелкового волокна Человека-паука

Создание шелкового волокна произошло случайно. Марко Ло Прести, ведущий автор исследования и доцент Университета Тафтса, пытался создать мощные клеи с использованием фиброина шелка, белка, вырабатываемого тутовыми червями.Бомбикс мори ), придающий шелку прочность и гибкость. И тут он заметил нечто необычное.

«Когда я чистил стеклянную посуду (содержащую фиброин шелка) ацетоном, я заметил, что на дне стекла образуется паутинообразный материал», — сказал Марко Ло Прести.

Он обнаружил, что при смешивании с ацетоном фиброин шелка превращается в полутвердый гидрогель. Добавьте в эту смесь немного дофамина, и жидкий раствор почти мгновенно затвердеет в липкие шелковые волокна под воздействием воздуха. Это значительно улучшило адгезию волокна и его прочность на разрыв.

Однако Прести и его команда на этом не остановились. Они хотели еще больше улучшить свойства этого материала, поэтому добавили хитозан. Это увеличило клейкость и прочность шелкового волокна, вдохновленного человеком-пауком, в 18 и 200 раз соответственно. Хитозан – это природное вещество, содержащееся в панцирях насекомых и ракообразных. Он нетоксичен, биоразлагаем и используется в качестве консерванта в различных лекарствах и продуктах питания.

Затем они создали небольшое устройство с иглой, которая направляла жидкость шелка в сторону любого объекта, который пользователь хотел схватить. Во время испытаний они успешно поднимали стальные болты с помощью шелкового волокна. Болты находились на расстоянии 12 см (5 дюймов) от иглы и весили примерно в 80 раз больше, чем шелковое волокно.

«Мы демонстрируем способ выстрелить волокном из устройства, а затем приклеить его и поднять на расстоянии. Вместо того, чтобы представлять эту работу как материал, вдохновленный биологией, на самом деле это материал, вдохновленный супергероями», — сказал Прести.

Почему бы не использовать паучий шелк?

Хотя этот новый материал можно сравнить с плетением паутины Человека-паука, исследователи работали с шелком тутовых шелкопрядов, похожим на тот, который можно найти в одежде, а не с паучьим шелком.

Паучий шелк — одно из самых прочных природных веществ, превосходящее даже сталь по прочности относительно своего веса. По сравнению с фиброином шелкопряда паучий шелк почти в тысячу раз прочнее, долговечнее и гибче.

Однако особенность шелкового волокна заключается в том, что оно очень быстро затвердевает, а поскольку оно производится в лаборатории, ученые имеют полный контроль над его свойствами. Они могут изменять клейкость и прочность материала в зависимости от требований, что делает его привлекательным вариантом для многочисленных применений, включая мягкие роботы, промышленные клеи, доставку лекарств, биоразлагаемые датчики, тканевую инженерию и т. д.

Напротив, натуральный паучий шелк не имеет единой формулы для производства, поскольку его свойства могут сильно различаться у разных видов пауков. Предыдущие попытки создать искусственный паучий шелк оказались разочаровывающими, и несколько многообещающих стартапов, основанных на паутине, с годами закрылись.

Теперь исследователи планируют еще больше улучшить свойства своего шелкового волокна. Хотя перемещение между небоскребами все еще может быть далекой фантазией, возможности материаловедения кажутся более сильными, чем когда-либо.

Исследование опубликовано в журнале Передовые функциональные материалы .