Китай создает сверхпрочное шелковое волокно, в 6 раз прочнее кевлара

Китайские ученые синтезировали первый полноценный паучий шелк из генетически модифицированных шелкопрядов, сделав его прочнее «большинства натуральных и синтетических волокон», таких как кевлар.

Паутинный шелк, вырабатываемый генетически модифицированными шелкопрядами. Фото: Ми Цзюньпэн — Паутинный шелк, вырабатываемый генетически модифицированными шелкопрядами. Фото: *Ми Цзюньпэн*

В исследовании, опубликованном 20 сентября в журнале Matter, ученые из Университета Дунхуа в Шанхае заявили, что паучья нить обладает как высокой прочностью на разрыв, так и исключительной прочностью. Паучья нить в шесть раз эластичнее кевлара и имеет более высокую прочность на разрыв (способность выдерживать напряжение при растяжении), чем нейлон. Ми Цзюньпэн, ведущий автор исследования, сказал, что новое волокно имеет множество применений, таких как хирургические швы, пуленепробиваемая одежда, интеллектуальные материалы и аэрокосмические технологии.

Команда использовала инструмент редактирования генов CRISPR-Cas9 для генетической модификации яиц шелкопряда путем добавления гена белка паучьего шелка. Эта корректировка заставляет глаза шелкопряда светиться под флуоресцентным микроскопом. Чтобы гарантировать, что генетически модифицированные шелкопряды вырабатывают белки паука, исследователям сначала необходимо лучше понять структуру шелка. Они использовали структурную модель из шелка, которая была успешно проверена в ходе экспериментов.

По словам Ми, одной из самых сложных задач было выяснить, как «локализировать» белки паука, чтобы они могли взаимодействовать с белками шелкопряда. Моделирование позволяет им лучше понять, какие изменения необходимо внести для обеспечения эффективной интеграции. Кроме того, Ми отметил, что сбор успешно трансформированных шелкопрядов также является сложной задачей, поскольку для получения нескольких трансгенных шелкопрядов требуется до 100 яиц. Шелкопряды также нуждаются в регулярном уходе, поскольку они «едят много раз в день».

Паучий шелк не только экологически безопасен, но и прочнее и гибче синтетических волокон, таких как нейлон и кевлар, производство которых требует больших затрат энергии и загрязняет окружающую среду. Паучий шелк также прочнее и менее ломкий, чем натуральный шелк, вырабатываемый шелкопрядами. Однако производство паучьего шелка в больших масштабах затруднено, поскольку пауки — каннибалы и их невозможно содержать вместе в больших количествах.

Искусственный паучий шелк не идеален, поскольку даже самые передовые методы производства не могут полностью имитировать естественную структуру, поскольку исследователи не до конца понимают механизм прядения шелка. Шелк также имеет естественную защитную кутикулу, которую невозможно создать искусственно. Железы шелкопрядов и пауков также имеют схожие характеристики, поэтому шелк, произведенный по методу исследовательской группы, сохраняет свои структурные и защитные свойства.

В будущем Ми и его коллеги будут использовать синтетические аминокислоты для модификации шелка и создания более прочных версий.

Ан Кханг (по данным SCMP )

Как был изобретен шелк? , Жесткий диск из шелка

Ссылка на источник