Ученые разгадали загадку супер-прочной и супер-эластичной паучьей нити. Это открывает новые перспективы во многих отраслях промышленности.
Ученые пытались выяснить, как имитировать паутину, на протяжении многих лет. Кажущиеся хрупкими волокна паутины на самом деле обладают в пять раз большей прочностью на разрыв, чем сталь. Возможности промышленного использования такого материала поистине безграничны: от применения в строительстве, автомобилестроении и медицине до пошива одежды.
Исследователи смогли разгадать основной принцип, лежащий в создании пауками паутины. Как передает Science Daily, ученые из Технического университета Мюнхена и Университета Байера, а также из Шведского университета сельскохозяйственных исследований в Упсале, нашли ответ на вопрос, каким образом пауки за какие-то доли секунды прядут длинные, прочные, эластичные волокна из белков, накапливающихся в их шёлкоотделительных железах (спидроинов). Паутина состоит из белковых цепей, связанных прочными физическими соединениями. Внутри этих соединений существуют несвязанные звенья, отвечающие за эластичность. Загадка состояла в том, как тельце паука может вмещать материал для строительства ловчих сетей, и каким образом этот материал формируется в нить.
Оказалось, что белок хранится в железе в жидком состоянии. Когда нужно сплести сеть, спидроин проходит через канал в теле паука, где pH среды меняется от нейтрального до кислого.
Ученые изучили строение белковых нитей с помощью магнитного резонанса и обнаружили, что молекулы спидроина в водном растворе образуют пары под углом 60 градусов друг к другу. Эта структура удерживается с помощью присутствия в водном растворе соли – гидрохлорида натрия. Когда белок попадает на аппарат плетения паутины, гидрохлорид натрия заменяется фосфатом, из-за чего структура белков изменяется, и они образуют прочные соединения. При этом концы белка находятся параллелельно друг к другу, что мешает нитям спутываться.
Это открытие дает возможность надеяться, что человек скоро сможет производить имитирующий паутину материал, обладающий всеми ее свойствами: одновременно очень прочный и очень гибкий.
Ученые давно взяли на вооружение механизмы, созданные природой: их имитация позволяет разрабатывать новые технологии в промышленности. Так, радары построены на принципе работы органов чувств летучих мышей, солнечные батареи имитируют подсолнухи, оболочки водных судов сходны с покровом кожи дельфинов. Компания Nissan недавно разработала роботизированный концепт-кар EPORO, построив систему управления на принципах поведения рыб в косяке.
