Раскрыт секрет прочности паучьего шелка
Logo
Cover

Тайну формирования сверхпрочных нитей из белка раскрыли исследователи, наблюдавшие за одним из самых ядовитых пауков — черной вдовой. Это открывает дорогу к созданию таких же прочных и легких синтетических материалов.

Паучий шелк — разновидности нитей, которые паук использует для плетения паутины или сохранения добычи — считаются перспективным материалом для сложных задач будущего: Airbus хочет производить из них самолеты, швейцарские специалисты — печатать сверхлегкие и прочные конструкции, а в Китае выводят шелкопрядов-мутантов для восстановления с помощью их нитей поврежденных нервов.

Одну из самых прочных нитей производят крайне ядовитые черные вдовы и родственные виды, распространенные по всему миру. Ее и стали исследовать специалисты из Северо-Западного университета США и Государственного университета Сан-Диего.

Их работа одновременно позволила глубже проникнуть в то, как формируются сверхпрочные нити, и показала, как сложно будет скопировать этот процесс.

Как объясняет один из авторов исследования Натан Джаннески, пришлось вникнуть в процессы в наномасштабе. Ранее у ученых было понимание о том, какие аминокислоты формируют белки, где происходит этот процесс и как пауки «закручивают» отдельные нити, создавая прочнейший канат. Но этого было недостаточно: воспроизведение процесса давало на выходе гораздо менее прочную синтетическую нить.

Применив целый ряд передовых методик — например атомный магнитный резонанс и спектроскопию — ученые выявили, на каком этапе технология копирования не соответствовала прототипу. Ранее считалось, что паук формирует нити из первоначально сферических белковых мицелл. Джаннески утверждает, что эти мицеллы возникают в результате гораздо более сложного процесса, чем считалось ранее. И уже на этом этапе в них формируются белковые структуры, которые и придают паутине непревзойденную прочность.

По его словам, важен и набор белков, из которых формируются мицеллы, и их сочетание, и размер возникающих «наносфер» — от 200 до 500 нм.

Команда намерена продолжать исследования. «Это преобразит мир», — подчеркивает Джаннески. Его коллега Грегори Холланд говорит, что использование синтетических нитей наподобие паучьих преобразит индустрию высокотехнологичных тканей, строительных материалов — например, для подвесных мостов, а также найдет применение в медицинских имплантах будущего.