O baie de ioni metalici poate face fibrele mai rezistente decât mătasea de păianjen

Mătase artificială super puternică? Asta este atât de metal.

Dând mătasea de mătase de vierme de mătase reînnoită o baie metalică poate face ca firele să fie atât puternice, cât și rigide, raportează oamenii de știință 6 octombrie în Materia. Echipa a descoperit că unele fire erau cu până la 70% mai puternice decât mătasea țesută de păianjeni.

Lucrarea este cea mai recentă dintr-o căutare de zeci de ani pentru a crea fibre la fel de puternice, ușoare și biodegradabile ca mătasea de păianjen. Dacă oamenii de știință ar putea produce în masă un astfel de material, utilizările potențiale variază de la cele biomedicale la cele sportive. Suturi, ligamente și tendoane artificiale – chiar și echipamentul sportiv ar putea primi o îmbunătățire arahnidă.

„Dacă aveți o frânghie de alpinism care cântărește jumătate din ceea ce cântărește în mod normal și are aceleași proprietăți mecanice, atunci, evident, veți fi un alpinist fericit”, spune Randy Lewis, un om de știință de mătase de la Universitatea de Stat Utah din Logan, care nu a fost implicat în studiu.

Strângerea unui material suficient de mătăsos pentru a face aceste produse super rezistente a fost un mare obstacol. Mătasea de la viermii de mătase este simplu de recoltat, dar nu atât de puternică. Iar mătasea de păianjen, standardul de aur pentru rezistență și duritate, nu este tocmai ușor de colectat. „Spre deosebire de viermii de mătase, păianjenii nu pot fi crescuți din cauza naturii lor teritoriale și agresive”, scriu coautorul studiului, Zhi Lin, biolog structuralist la Universitatea Tianjin din China, și colegii săi.

Oamenii de știință din întreaga lume au încercat să țeasă fire rezistente în laborator folosind coconi de viermi de mătase ca punct de plecare. Primul pas este de a îndepărta învelișul exterior gumos al mătăsii. Oamenii de știință pot face acest lucru prin fierberea fibrelor într-o baie chimică, dar acest lucru poate fi ca și cum ar fi ca și cum ar lua un topor pentru proteinele de mătase. Dacă proteinele se deteriorează prea mult, oamenilor de știință le este greu să le refacă în fire de înaltă calitate, spune Chris Holland, cercetător în domeniul materialelor la Universitatea Sheffield din Anglia, care nu a fost implicat în acest studiu.

Echipa lui Lin a încercat abordări mai blânde, dintre care una a folosit temperaturi mai scăzute și o enzimă de papaya, pentru a ajuta la dizolvarea învelișului de mătase. Această metodă blândă părea să funcționeze. „Nu au bucățele mici de proteină de mătase”, spune Lewis. „Acest lucru este enorm, deoarece cu cât mai mari sunt proteinele care rămân, cu atât mai puternice vor fi fibrele”.

imagine la microscop a fibrelor de mătase artificială
Oamenii de știință pot fila fibre de mătase artificială (în imagine) care sunt puternice și rezistente folosind o metodă care implică o baie de ioni metalici.J. Wang și alții/Materie 2022

După câteva etape de procesare, cercetătorii au forțat nămolul de mătase rezultat printr-un tub minuscul, ca și cum ar stoarce pasta de dinți. Apoi, au scăldat mătasea extrudată într-o soluție care conține ioni de zinc și fier, în cele din urmă au întins firele ca pe o caramelă pentru a obține fibre lungi și subțiri. Scufundarea în metal ar putea fi motivul pentru care unele dintre fire au fost atât de puternice – echipa lui Lin a detectat ioni de zinc în fibrele finite. Dar Holland și Lewis nu sunt atât de siguri.

Adevărata inovație a echipei ar putea fi faptul că „au reușit să desfacă mătasea într-un mod mai puțin dăunător”, spune Holland. Lewis este de acord. „În mintea mea”, spune el, „acesta este un pas important înainte”.