Новости химической науки > Раскрыты тайны паучьего шелка

Исследователи из Университета Аризоны смогли определить, почему волокна паучьего шелка отличаются такой прочностью и эластичностью. Они изучили свойства волокон нескольких видов пауков с помощью сложной, но при этом неинвазивной методики рассеивания лазерного излучения.

Возглавлявший исследование профессор Джеффри Яргер (Jeffery Yarger) отмечает, что паучий шелк отличается уникальным сочетанием механической прочности и эластичности, что делает его одним из наиболее заслуживающих внимание материалов биологического происхождения. Основной материал, из которого состоит паучий шелк, белок фиброин, является близким родственником белка коллагена, однако отличается более сложным строением. Интерес исследователей из Аризоны к паутине был продиктован перспективой получения искусственных материалов, которые могли бы использоваться в изготовлении самых различных предметов – от бронежилетов до искусственных сухожилий.

Самка паука Nephila clavipes прядет свою сеть. Паучью сеть изучали с помощью спектроскопии бриллюэновского рассеяния, что позволило изучить ее механические свойства, не повреждая. (Фото: © Jeffery Yarger)

Яргер поясняет, что информация, полученная в ходе исследования, может использоваться для планирования структуры материалов, изготовленных по аналогии с природными волокнами, получая синтетические волокна для создания более прочных, растяжимых и эластичеых материалов.

Использованная в ходе исследования спектроскопия бриллюэновского рассеяния основана на применении очень маломощного лазера с мощностью всего 3,5 милливатта, что существенно уступает даже возможностям лазерной указки. Записи событий, происходящих при прохождении лазерного луча через неповрежденную паутину, позволили исследователям построить карту распределения эластической жесткости каждой паутины, не деформируя и не разрушая ее.

Были изучены паутины четырех различных видов пауков – Nephila clavipes, A. aurantia, L. Hesperus и P. viridans – последний паук представляет собой единственный из четырех вид, который не использует паутину для постройки ловчих сетей, но его паутина отличается такими же механическими свойствами, как и паутина других видов.

Исследователи также изучили одно из уникальных свойств паучьего шелка – суперсжатие. Оно заключается в том, что во влажной среде паучий шелк поглощает значительное количество воды, что приводит к сжатию нити, не влияющему на механоэластические свойства паутины – так, паутина N. Clavipes в воздухе со стопроцентной влажностью сжимается примерно на 50%.

Результаты исследования согласуются с гипотезой о том, что суперсжатие помогает пауку подстраивать свойства паутины в процессе прядения. Такая возможность подстройки механических свойств нити за счет регулирования содержания в ней воды кажется весьма перспективным для создания новых материалов.

Источник: Nature Materials, 2013; DOI: 10.1038/nmat3549

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #химия полимеров