Устойчивост

Нова изкуствена коприна от паяк: по-здрава от стомана и 98 процента вода | Иновация

Коприната на скромния паяк има някои доста впечатляващи свойства. Това е един от най-здравите материали в природата, по-здрав от стомана и по-здрав от кевлар . Може да се разтегне няколко пъти по-голяма от дължината си, преди да се счупи. Поради тези причини възпроизвеждането на паяковата коприна в лабораторията е малко мания сред учените по материали от десетилетия.

Сега изследователи от университета в Кеймбридж създадоха нов материал, който имитира силата, разтегливостта и способността на енергията да абсорбира паяковата коприна. Този материал предлага възможност за подобряване на продуктите от мотоциклетни каски до парашути до бронирани якета до крила на самолета. Може би най-впечатляващото му свойство? Това е 98 процента вода.

Паяците са интересни модели, защото са в състояние да произвеждат тези превъзходни копринени влакна при стайна температура, използвайки вода като разтворител, казва Даршил Шах, инженер в Центъра за иновации на природните материали в Кеймбридж. Този процес паяците са се развили в продължение на стотици милиони години, но досега не успяхме да копираме.



Лабораторно направените влакна са създадени от материал, наречен хидрогел, който е 98 процента вода и 2 процента силициев диоксид и целулоза, като последните две се държат заедно от кукурбитурили, молекули, които служат като белезници. Силициевият и целулозните влакна могат да бъдат изтеглени от хидрогела. След около 30 секунди водата се изпарява, оставяйки след себе си само здравата, разтеглива нишка.

Влакната са изключително здрави - макар и не чак толкова здрави, колкото най-здравите паякови коприни - и, значително, те могат да бъдат направени при стайна температура без химически разтворители. Това означава, че ако могат да бъдат произведени в мащаб, те имат предимство пред други синтетични влакна като найлон, които изискват изключително високи температури за предене, което прави текстилното производство една от най-мръсните индустрии в света . Изкуствената паякова коприна също е напълно биоразградима. И тъй като е направен от обикновени, лесно достъпни материали - главно вода, силициев диоксид и целулоза - той има потенциала да бъде на достъпна цена.



настолни игри за игра с приятели

Тъй като материалът може да абсорбира толкова много енергия, той потенциално може да се използва като защитна тъкан.

Паяците се нуждаят от тази способност за усвояване, защото когато птица или муха се удари в мрежата им, тя трябва да може да я абсорбира, в противен случай ще се счупи, казва Шах. Така че неща като устойчиви на шрапнели или други защитни военни дрехи, това би било вълнуващо приложение.

Други потенциални приложения включват плат за платна, парашутна тъкан, балон с горещ въздух и каски за велосипеди или скейтборд. Материалът е биосъвместим, което означава, че може да се използва в човешкото тяло за неща като шевове.



Влакната също могат да бъдат модифицирани по редица интересни начини, казва Шах. Замяната на целулозата с различни полимери може да превърне коприната в съвсем различен материал. Основният метод може да бъде възпроизведен, за да се получат версии на много тъкани, които не са необходими на химически разтворители.

Това е общ метод да се направят всички влакна, да се направи каквато и да е форма на [изкуствените] влакна, казва Шах.

Шах и екипът му далеч не са единствените учени, които работят по създаването на изкуствена паякова коприна. За разлика от копринените буби, които могат да се отглеждат заради коприната си, паяците са канибали, които не биха толерирали близките помещения, необходими за земеделието, така че обръщането към лабораторията е единственият начин да се получат значителни количества материал. На всеки няколко години се появяват заглавия за нови навлизания в процеса. Германски отбор има модифицирани бактерии E-coli за получаване на молекули копринена паяк. Отглеждат се учени от държавния университет в Юта генетично модифицирани кози-паяци за производство на копринени протеини в млякото им. Американската армия тества драконова коприна произведени чрез модифицирани копринени буби за използване в бронежилетки. По-рано тази година, изследователи от Каролинския институт в Швеция публикува статия за нов метод за използване на бактерии за производство на протеини от паякова коприна по потенциално устойчив, мащабируем начин. И тази пролет дебютира стартиращият в Калифорния Bolt Threads биоинженерни паяжинени копринени вратовръзки на фестивала SXSW. Техният продукт се получава чрез процес на ферментация на дрожди, който произвежда копринени протеини, които след това преминават през процес на екструзия, за да станат влакна. Това е достатъчно обещаващо генерира партньорство с производител на открито Patagonia.

Но като 2015г Кабелен история изтъква, че досега всяка група, която се е опитвала да произведе достатъчно количество неща, за да ги изведе на масовия пазар, от изследователи до гигантски корпорации, е почти провалена.

Това е предизвикателството, с което Шах и екипът му са изправени в момента.

по отношение на европейските еврейски бежанци, между 1939 и 1945 г., САЩ

В момента ние произвеждаме около няколко десетки милиграма от тези материали и след това издърпваме влакна от тях, казва той. Но ние искаме да опитаме и да направим това в много по-голям мащаб.

За целта екипът работи върху роботизирано устройство за изтегляне и предене на влакна по-бързо и в по-голям мащаб от преди. Те са постигнали известен успех, казва Шах, и продължават да изследват процеса.

Все още сме в ранните етапи на изследванията, казва той.

Констатациите на екипа бяха наскоро публикувано в списанието Известия на Националната академия на науките .





^