О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. А вот немецким ученым удалось превратить паутину в настоящую супернить, которая, вдобавок, превосходно растягивается. Они размочили паучью нить и внедрили в неё атомы металлов, которые «склеили» отдельные белки паутины. Бытует легенда, согласно которой у Людовика XIV и Наполеона были перчатки, сделанные из паутины. Говорят также, что стареющей британской королеве Виктории китайское посольство преподнесло целую мантию из такого материала. Трудно сказать, насколько этим легендам можно верить, и какую долю в этих тканях на деле составляла паучья нить, но смысл во всём этом есть. В подходящих условиях паутинка может выдержать натяжение, в несколько раз большее, чем максимальное натяжение стальной нити того же диаметра, будучи при том в несколько раз легче. Например, паутинка толщиной в 1 мм должна, по идее, удерживать человека; как тут не порадоваться, что пауки не плетут такой паутины.
Эластичность, прочность и лёгкость паутины заставляют многих инженеров мечтать о создании подобного ей синтетического материала – или хотя бы научиться производить натуральную паутину в промышленных масштабах. Более того, такие опыты уже проводятся: выведены козы, в ДНК которых есть гены паучьей паутины, а в молоке оказывается большое количество таких белков – правда, в не сплетённой в нить форме.
Теперь группа немецких физиков и химиков из Института физики микроструктур имени Макса Планка показала, что паутину можно сделать ещё крепче и эластичнее. Особая обработка превращает натуральную паутину в супернить, которая прочнее в 5 раз и «растяжимее» втрое. Супернить толщиной в 1 мм сможет выдержать вес более 500 кг, она растягивается в полтора-два раза и обладает почти той же плотностью.
Паутинку учёные добыли при помощи паука рода Araneus, наматывая её на медную скрепку. Аранеусы – близкие родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой вид аранеусов использовался, не уточняется, но поскольку поймали его физики прямо во дворе своего института в Галле, в центре Европы, вряд ли это был экзотический экземпляр.
Полученные от паука нити экспериментаторы поместили в вакуумную камеру. Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды. После нескольких сот таких циклов (каждый продолжительностью 1–2 минуты) на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида – цинка, алюминия или титана соответственно. И механические показатели резко увеличивались. Лучше всех себя показал титан, и в целом, чем больше циклов металл/вода было, тем лучше был результат.
Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины. Само по себе оксидное покрытие большого выигрыша не давало (например, оно не растягивается даже на 1%), да и от толщины его слоя механические характеристики зависели слабо. А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа. Как оказалось, важным был и сам процесс внедрения металла в белок.
Ученые полагают, что атомы металлов помогают «склеивать» отдельные белковые молекулы, из которых состоит паучья нить. В натуральной паутине эту работу выполняют слабые водородные связи между атомами на концах параллельных друг другу молекул; именно обилие таких взаимозаменяемых связей и даёт паутине её силу. В «металлизированной» паутине вместо слабых водородных устанавливаются сильные ковалентные связи, полагают немецкие учёные, что и придаёт дополнительную прочность. Осталось только научиться плести прочную паучью нить в промышленных масштабах, неважно, с помощью ли трансгенных козлов или благодаря химическому синтезу. Как сделать паутину во много раз прочнее, мы уже знаем.
