Шелк, который делают из нитей, добываемых из коконов тутового шелкопряда – это материал, который человек издревле ценит за свою красоту и прочность. Но, как оказалось, шелковым нитям можно придать еще большую силу, чтобы создавать из них альтернативу кевлару и прочным полимерам.
Шелкопрядные гусеницы прядут свой кокон из раствора особого белка, продуцируемого их слюнными железами. Их кокон сплетается из одной непрерывной шёлковой нити длиной от 300 до 1500 метров, толщина которой составляет примерно 32 мкм. Волокно шёлка состоит на 75% из фиброина (нитеобразный белок, выделяемый насекомыми) и на 25% из серицина (тоже белок, который склеивает нити фиброина). Благодаря такому строению шелковая нить и приобретает свою известную прочность – ее разрывное напряжение составляет примерно 40 кгс/мм² (1 кгс/мм² = 107н/м²).
Но, исследователи одного из ведущих учебных заведений КНР – университета Цинхуа задумали придать шелковым нитям еще большую прочность. Начав кормить тутовых шелкопрядов раствором однослойных углеродных нанотрубок графена, насекомые стали производить настолько крепкую шелковую нить, что из нее можно создавать защитные ткани, биоразлагаемые медицинские имплантаты и высокочувствительную электронику.
До этого ученые уже не раз пытались придать шелку дополнительные свойства путем введения в рацион шелкопрядов различных добавок, содержащих красители, антимикробные агенты и полимеры. Но результат кормления гусениц тутового шелкопряда 0,2% раствором графена превзошел все ожидания – питаясь таким «обогащенным» составом, насекомые начали продуцировать нити в 2 раза более крепкие, чем обычный шелк, и выдерживающие на 50% большее напряжение перед разрывом.
Оказалось, что производимый ими белок, усиленный углеродом, получил более упорядоченную кристаллическую структуру, за счет чего нити, построенные из него, стали более крепкими и приобрели электропроводящие свойства.
Впрочем, пока исследователи не совсем понимают, как шелкопрядам удается встраивать графен в свой белок – при микроскопическом изучении, наночастицы графена не видны в нитях. Неясно ученым и то, какой процент вводимого вещества, потребляемого насекомым, перерабатывается в шелковую нить, а какой - утилизируется самим шелкопрядом. Так что в ближайшее время исследователям предстоит ответить на эти вопросы.
Однако, уже ясно, что с помощью этих удивительных насекомых в будущем можно будет создавать необычайно крепкий материал, устойчивый к ультрафиолетовой деградации - сверхпрочный шелк, настолько же прочный, как углеродистая сталь и пуленепробиваемый кевлар.
А значит, из него можно будет производить средства индивидуальной защиты и высокопрочные парашюты. Ко всему прочему, благодаря своей высокой электропроводности, такой «армированный» шелк можно будет использовать для создания чувствительных датчиков, встраиваемых в нейронных ткани.
