Svila skromnega pajka ima nekaj precej impresivnih lastnosti. Je eden najtrših materialov, ki ga najdemo v naravi, močnejši od jekla in trši od Kevlarja. Preden se zlomi, ga lahko raztegnete večkratno. Zaradi tega je bilo kopiranje pajkove svile v laboratoriju že desetletja malo obsedenost med znanstveniki materialov.
Sorodne vsebine
- Polževi zobje je pajkova svila kot najmočnejši material v naravi
- Ali lahko Spider Silk ustavi premikajoči se vlak?
Zdaj so raziskovalci z univerze v Cambridgeu ustvarili nov material, ki posnema moč pajkove svile, raztegljivost in sposobnost absorbiranja energije. Ta material ponuja možnost izboljšanja izdelkov od kolesarskih čelad do padal, neprebojnih jopičev do letalskih kril. Morda njegova najbolj impresivna lastnost? To je 98 odstotkov vode.
"Pajki so zanimivi modeli, ker so sposobni proizvajati ta vrhunska svilena vlakna pri sobni temperaturi z uporabo vode kot topila, " pravi Darshil Shah, inženir iz Centra za inovacije naravnih materialov v Cambridgeu. "Ta procesni pajki so se razvijali v več sto milijonih let, vendar jih doslej nismo mogli kopirati."
Vlakna, izdelana iz laboratorij, so ustvarjena iz materiala, imenovanega hidrogel, ki je 98 odstotkov vode in 2 odstotka kremena in celuloze, zadnja dva, ki ju držita cucurbiturils, molekule, ki služijo kot "lisice". Kremena in celulozna vlakna lahko potegnemo iz hidrogela. Po približno 30 sekundah voda izhlapi in za seboj pusti le močno, raztegnjeno nit.
Vlakna so izjemno močna - čeprav ne tako močna kot najmočnejše pajkove svile - in, kar je pomembno, jih je mogoče izdelati pri sobni temperaturi brez kemičnih topil. To pomeni, da če imajo proizvodnjo v obsegu, imajo prednost pred drugimi sintetičnimi vlakni, kot so najlon, ki potrebujejo izjemno visoke temperature za predenje, zaradi česar je tekstilna proizvodnja ena najbolj umazanih industrij na svetu. Umetna pajkova svila je tudi popolnoma biorazgradljiva. In ker je narejena iz običajnih, lahko dostopnih materialov - predvsem iz vode, kremena in celuloze - ima potencial, da je cenovno dostopna.
Ker lahko material absorbira toliko energije, ga lahko potencialno uporabimo kot zaščitno tkanino.
"Pajki potrebujejo takšno absorpcijsko sposobnost, ker ko ptica ali muha zadene njihovo mrežo, mora to znati absorbirati, sicer se bo to zlomilo, " pravi Shah. "Torej stvari, kot so odporne na šrapnele ali druga zaščitna vojaška oblačila, bi bila to vznemirljiva aplikacija."
Druge možne aplikacije vključujejo krpo za jadro, tkanino za padala, material za balone z vročim zrakom in čelade za kolesa ali rolko. Material je biokompatibilen, kar pomeni, da bi ga lahko uporabljali v človeškem telesu za stvari, kot so šivi.
Shah pravi, da bi vlakna lahko spreminjali tudi na številne zanimive načine. Če nadomestite celulozo z različnimi polimeri, lahko svila spremeni v popolnoma drugačen material. Osnovno metodo bi lahko uporabili za izdelavo različic mnogih tkanin z nizko toploto, brez kemičnih topil.
"To je splošna metoda, s katero lahko vsa vlakna naredimo zeleno, " pravi Shah.
Shah in njegova ekipa še zdaleč niso edini znanstveniki, ki se ukvarjajo z ustvarjanjem umetne pajkove svile. Za razliko od sviloprejk, ki jih lahko gojimo zaradi svoje svile, so pajki kanibali, ki ne bi prenašali bližnjih prostorov, potrebnih za kmetovanje, zato je obračanje v laboratorij edini način za pridobivanje pomembnih količin materiala. Vsakih nekaj let prinese naslove o novih vstopih v postopek. Nemška ekipa je spremenila bakterije E-coli za proizvodnjo molekul pajkove svile. Znanstveniki z državne univerze Utah so vzredili gensko spremenjene "pajkove koze", da bi v mleku proizvajali svilene beljakovine. Ameriška vojska testira "zmajsko svilo", proizvedeno prek modificiranih sviloprejk, za uporabo v neprebojnih jopičih. V začetku tega leta so raziskovalci na Karolinskem inštitutu na Švedskem objavili članek o novi metodi uporabe bakterij za proizvodnjo beljakovin pajkove svile na potencialno trajnosten in razširljiv način. In to pomlad je kalifornijski startup Bolt Threads na festivalu SXSW predstavil biološko inženirstvo pajkovih svile. Njihov izdelek je izdelan s pomočjo fermentacije kvasovk, ki proizvaja svilene beljakovine, ki nato skozi postopek ekstrudiranja postanejo vlakna. To je dovolj obetavno, da smo ustvarili partnerstvo z zunanjim proizvajalcem Patagonia.
Toda, kot poudarja zgodba Wired iz leta 2015, "je doslej vsaka skupina, ki je poskušala proizvesti dovolj stvari, da bi jo lahko pripeljala na množični trg, od raziskovalcev do velikanskih korporacij, precej spodletela."
To je izziv, s katerim se Shah in njegova ekipa trenutno spopadata.
"Trenutno naredimo približno nekaj deset miligramov teh materialov in nato iz njih potegnemo vlakna, " pravi. "Vendar želimo to poskusiti v veliko večjem obsegu."
Da bi to storili, ekipa dela na robotski napravi za hitrejše vlečenje in vrtenje vlaken kot prej. Shah pravi, da so imeli nekaj uspeha in nadaljujejo z raziskovanjem procesa.
"Še vedno smo v zgodnjih fazah raziskovanja, " pravi.
Ugotovitve skupine so bile nedavno objavljene v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences .
