Кто из нас в детстве не мечтал стрелять паутиной, как Человек-паук? Ученые из Университета Тафтса приблизили это к реальности. Они создали первую технологию метания паутины, в которой жидкий материал выстреливается из иглы, тут же затвердевает в виде нити, прилипает к предметам и поднимает их. Прочные волокна способны удерживать вес в 80 раз больше собственного. Материал был создан из фиброина шелка тутового шелкопряда, превращенного в раствор. При выдавливании через иглу материал контактировал с ацетоном, из-за чего быстро затвердевал. Технология может применяться в биоматериалах, доставке лекарств и инженерии.
Ученые из лаборатории Silklab Университета Тафтса разработали материал, способный имитировать паутину. Будучи выпущенным из иглы в жидком виде, он почти мгновенно затвердевает, образуя прочное волокно, способное удерживать и поднимать предметы. Цель исследователей — создавать «живые материалы», вдохновленные природой.
Клейкие волокна были получены из коконов тутового шелкопряда. Коконы прокипятили в растворе, в результате чего белок фиброин, являющийся основным компонентом шелка, перешел в растворимое состояние. Полученный раствор экструдируется через тонкие иглы и мгновенно затвердевает благодаря специальным добавкам. Выбор тутового шелкопряда в качестве источника сырья обусловлен тем, что его шелк обладает свойствами, схожими со свойствами паучьего шелка, но при этом имеет менее сложную структуру и проще в обработке.
Как это часто бывает в науке, ученые нашли способ создать материал, похожий на паутину, случайно. Автор исследования работал над созданием прочных клеев с использованием фиброина шелка. Когда ученый чистил стеклянную посуду ацетоном, он заметил, что на дне стакана образуется материал, похожий на паутину. Оказалось, что при воздействии органических растворителей, таких как этанол или ацетон, раствор фиброина шелка образует полутвердый гидрогель. Правда, этот процесс занимает несколько часов. Но если добавить дофамин, он затвердевает почти сразу. Хитозан, производный экзоскелета насекомых, придал волокнам до 200 раз большую прочность на разрыв. А боратный буфер увеличил их адгезию в 18 раз.
При прохождении через коаксиальную иглу тонкая струя раствора шелка окружается слоем ацетона, который запускает затвердевание. Ацетон испаряется в воздухе, оставляя волокно прикрепленным к любому объекту, с которым оно соприкасалось.
Диаметр волокон варьируется от толщины человеческого волоса до примерно половины миллиметра, в зависимости от диаметра иглы. При испытании выдавленные волокна «паутины» смогли поднять вес, превышающий их собственный в 80 раз. Исследователям удалось поднять кокон, стальной болт, лабораторную трубку, плавающую на воде, скальпель, наполовину зарытый в песке, и деревянный блок с расстояния 12 см.
Эти волокна могут найти применение в тканях, доставке препаратов, производстве биоматериалов и создании новых типов клеев. Несмотря на то, что прочность искусственных волокон пока уступает прочности натурального паучьего шелка примерно в тысячу раз, исследователи планируют продолжить работу над улучшением характеристик материала.
