Паутину упрочнили железом. Так будет и со скелетом человека

Создаваемая пауками плетеная органическая нить считается одним из прочнейших материалов в мире относительно возлагаемых на нее нагрузок. По этому параметру паутина превосходит не только близкие к ней по структуре шелк и нейлон, но даже сталь. Теперь ученые нашли способ сделать ее еще прочнее, добавляя в белковую структуру паутины ионы железа. Новое соединение становится, таким образом, в десять раз лучше.

Ионы металлов присутствуют во всех органах животных, от которых требуется повышенная прочность. Челюсти акул, осиное жало, мандибулы муравьев и медвежьи когти – везде можно найти некоторое количество металлических атомов, сообщающих структуре дополнительную жесткость.

Ученые из немецкого Института физики микроструктур имени Макса Планка решили поставить эксперимент по улучшению свойств паутины, добавляя в нее ионы цинка, титана и алюминия. Для этого был применен метод «атомного вложения» (ALD).

Эта технология используется для создания защитного покрытия на цельных материалах. Поверхность вещества покрывается газом, который очень быстро удаляется – остается лишь один слой его атомов. После этого напыляют другой газ, который вступает в реакцию с уже нанесенным слоем. Образуются молекулы, которые покрывают первоначальное вещество защитной пленкой наподобие грунтовки. Эту операцию можно повторять раз за разом, постепенно наращивая число слоев покрытия.

При проведении опытов над паутиной ученые применили такой же метод, но значительно продлили время воздействия газа. В результате ионы металлов не покрывали паутину сверху, а прорывались внутрь нее и вступали во взаимодействие с протеиновой структурой. Получившийся в результате материал сравнили с обычной паутиной и установили его необычно высокую прочность.

Паутина – это лишь первый шаг в долговременном исследовании немецких исследователей. Они ставят перед собой цель разработать многофункциональную методику, которой найдется применение в разных областях деятельности. В планах ученых создание сверхпрочного текстиля, разработка новых методов хирургии и искусственное усиление скелета человека.

«Самый главным и интересным достижением проведенных опытов стало понимание процессов внедрения ионов металла в органику. Теперь мы знаем, как повысить характеристики протеиновой материи», - говорит Мато Кнец, один из участников проекта. Следующим объектом исследования станут коллагены, которые входят в состав соединительных тканей живого организма – хрящей, костей и сухожилий.

Вместе с тем, продолжение опытов над паутиной также могут оказаться полезны. Эта структура обладает рядом удивительных свойств. Например, подвешенный на паутине объект может вращаться в любую строну, но при этом сама нить не перекручивается и не создает силы противодействия.

Коллеги немецких ученых высоко оценили полученные результаты. «Было бы интересно увидеть, как увеличится прочность модифицированных металлом материалов, - комментирует открытие австралийский ученый Джон Рэмшоу, занимающийся химией протеинов. - Если методика будет доведена до коммерческого применения, она, без сомнения, окажется очень востребована».

Павел Урушев