Группа ученых из университетов ИТМО (Санкт-Петербург), Тель-Авива (Израиль) и Авейру (Португалия) смогла разработать эффективный метод укрепления обычных паутин. Это стало возможно благодаря введению в шелковые железы лабораторных пауков раствора с магнитными наночастицами.
Открытие поможет создавать гибкие и магнитоуправляемые элементы в мягких роботах. Также новый материал, полученный из обычной паутины, можно будет использовать в гибкой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Bio Materials.
Паутина представляет собой природный материал, обладающий целым рядом уникальных качеств. Она превосходит по прочности даже кевлар, используемый в бронежилетах, выдерживает экстремальные температуры, очень эластична и может растягиваться почти наполовину, не разрываясь. При этом паутина очень легкая, тонкая и безопасна для живых организмов. Благодаря этим свойствам, она может найти применение в самых разных областях, от медицины и защиты окружающей среды до робототехники. В частности, паутину можно использовать для создания систем доставки лекарств, для восстановления тканей или для изготовления гибких и легких деталей роботов.
Чтобы производить паутину в больших объемах, ученые активно изучают процесс ее создания пауками, пытаясь повторить его в лабораторных условиях и улучшить характеристики волокна, например, повысить его прочность. Один из способов — это обработка пауков специальным раствором с магнитными наночастицами или добавление этих частиц в их пищу, чтобы паутина стала крепче. Однако этот метод не очень эффективен, так как большая часть наночастиц выводится из организма паука, и лишь небольшое их количество попадает в шелкоотделительные железы.
Рост модуля Юнга делает паутину по жесткости сравнимой с биологическими тканями, например хрящом. Мы предположили, что дело в зарядах наночастиц и белкового бульона для паутины: наночастицы, как мостики, притягивают к себе некоторые аминокислоты спидроина из паутины, в итоге структура шелка получается более упорядоченной. Кроме того, наночастицы придали паутине магнитные свойства, которые позволят управлять волокном
Улучшенная паутина может быть полезна для создания нанообъектов, например, мягких роботов. В отличие от обычных роботов с жестким корпусом, мягкие роботы состоят из эластичных материалов, что делает их гибкими и подвижными. Паутину можно использовать для формирования «суставов» робота, обеспечивая его конечностям большую свободу движений. Благодаря магнитным наночастицам, встроенным в паутину, можно будет управлять роботом, воздействуя на него внешним магнитным полем. Кроме того, ученые считают, что модифицированная паутина может быть использована в качестве основы для микросхем в гибкой электронике, что позволит повысить прочность и долговечность подобных устройств.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как томские химики разработали материал, поглощающий токсичные летучие загрязнители.
