Svila skromnog pauka ima prilično prilično impresivna svojstva. To je jedan od najtvrđih materijala koji se nalaze u prirodi, jači od čelika i čvršći od Kevlara. Može se istegnuti nekoliko puta prije nego što se slomi. Iz tih razloga, umnožavanje paukove svile u laboratoriju već je desetljećima bila pomalo opsesija među znanstvenicima o materijalima.
Povezani sadržaj
- Puževi zubi pobjeđuju paukovu svilu kao najjači materijal prirode
- Može li paukova svila zaustaviti pokretni vlak?
Sada, istraživači sa Sveučilišta u Cambridgeu stvorili su novi materijal koji oponaša snagu, rastezljivost i sposobnost usvajanja energije od paukove svile. Ovaj materijal nudi mogućnost poboljšanja na proizvodima od biciklističkih kaciga do padobrana do neprobojnih jakni do krila aviona. Možda njezino najimpresivnije imanje? To je 98 posto vode.
"Pauci su zanimljivi modeli jer mogu proizvesti ta vrhunska svilena vlakna na sobnoj temperaturi koristeći vodu kao otapalo", kaže Darshil Shah, inženjer iz Centra za inovacije prirodnih materijala u Cambridgeu. "Ovaj se procesni pauci razvijaju stotinama milijuna godina, ali to još nismo uspjeli kopirati."
Vlakna napravljena od laboratorija stvorena su od materijala koji se zove hidrogel, a to je 98 posto vode i 2 posto silicijev dioksid i celuloza; posljednja dva su spojena cucurbiturils, molekulama koje služe kao "lisice". Silicijska i celulozna vlakna mogu se povući iz hidrogela. Nakon 30 sekundi ili više, voda ispari, ostavljajući za sobom samo snažne, rastezljive niti.
Vlakna su izrazito jaka - iako ne tako snažna kao najjače paukove svile - i, značajno, mogu se napraviti na sobnoj temperaturi bez kemijskih otapala. To znači da, ako se mogu proizvesti u mjerilu, oni imaju prednost u odnosu na druga sintetička vlakna poput najlona, za koje su potrebne iznimno visoke temperature za predenje, što proizvodnju tekstila čini jednom od najprljavijih svjetskih industrija. Umjetna paukova svila je također u potpunosti biorazgradiva. A budući da je izrađen od uobičajenih, lako dostupnih materijala - uglavnom vode, silikagela i celuloze - potencijal ima povoljan pristup.
Budući da materijal može apsorbirati toliko energije, potencijalno se može upotrijebiti kao zaštitna tkanina.
"Pauci trebaju taj apsorpcijski kapacitet jer kad ptica ili muva pogode mrežu, onda to moraju moći apsorbirati, inače će se slomiti", kaže Shah. "Dakle, stvari poput otporne na šrapnele ili druge zaštitne vojne odjeće, to bi bila uzbudljiva primjena."
Ostale potencijalne aplikacije uključuju krpu od jedra, tkaninu s padobranom, materijal s balonom na vrućem zraku i kacige za bicikle ili skejtbord. Materijal je biokompatibilan, što znači da bi se mogao upotrijebiti unutar ljudskog tijela za stvari poput uboda.
Shah kaže da vlakna mogu biti modificirana na mnogo zanimljivih načina. Zamjena celuloze raznim polimerima mogla bi svilu pretvoriti u posve drugačiji materijal. Osnovna metoda mogla bi se ponoviti za proizvodnju verzija mnogih tkanina s niskom toplinom i bez kemijskih otapala.
"To je generička metoda da sva vlakna naprave bilo koji oblik [umjetnog] vlakna zelenim, " kaže Shah.
Shah i njegov tim daleko su jedini znanstvenici koji rade na stvaranju umjetne paukove svile. Za razliku od svilene bube, koja se može uzgajati zbog njihove svile, pauci su kanibali koji ne bi podnijeli bliske prostore potrebne za uzgoj, pa je okretanje laboratoriju jedini način da se dobiju značajne količine materijala. Svakih nekoliko godina donosi naslove o novim otkrićima u procesu. Njemački tim izmijenio je bakterije E-coli za proizvodnju molekula paukove svile. Znanstvenici sa Državnog sveučilišta Utah uzgajali su genetski modificirane „paukove koze” kako bi proizveli svilene proteine u svom mlijeku. Američka vojska testira "zmajevu svilu" proizvedenu modificiranim svilenim glistama za upotrebu u prslucima od metaka. Početkom ove godine, znanstvenici s Karolinskog instituta u Švedskoj objavili su rad o novoj metodi korištenja bakterija za proizvodnju proteina paukove svile na potencijalno održiv, skalabilan način. I ovog proljeća startup Bolt Threads sa sjedištem u Kaliforniji debitirao je svilene kravate od paukove svile na SXSW festivalu. Njihov proizvod nastaje procesom fermentacije kvasca koji stvara proteine svile, koji potom prolaze kroz proces ekstruzije da bi postali vlakna. To je dovoljno obećavajuće da je stvorio partnerstvo s proizvođačem na otvorenom Patagonia.
No, kako se u priči iz Wired- a iz 2015. godine ističe, „do sada je svaka grupa koja je pokušala proizvesti dovoljno stvari da bi je mogla iznijeti na masovno tržište, od istraživača do gigantskih korporacija, prilično propala.“
To je izazov s kojim se Shah i njegov tim suočavaju trenutno.
"Trenutno napravimo oko nekoliko desetaka miligrama tih materijala, a zatim iz njih povlačimo vlakna", kaže on. "Ali to želimo pokušati u mnogo većem obimu."
Da bi to učinio, tim radi na robotskom uređaju za brže i vijčano vlakno brže i u većem razmjeru nego ranije. Imali su neki uspjeh, kaže Shah, i nastavljaju istraživati postupak.
"Još smo u ranoj fazi istraživanja", kaže on.
Otkrića tima nedavno su objavljena u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences .
