Общество по-разному использует волокна. Они необходимы для создания одежды и промышленного производства. Синтетические волокна, созданные на основе нефти, вредны для экологии. Они вносят значительный вклад в загрязнение микропластиком.
Японские исследователи разработали природный материал, который не только экологичен, но и прочен. Создают эти волокна мешочные черви. Долгое время паучий шелк претендовал на звание самого крепкого в мире натурального волокна. Его прочность в четыре раза выше, чем у стали, а эластичность конкурирует с нейлоном. Паучий шелк выдерживает температуру выше 300° C. Однако склонность пауков к каннибализму затрудняла их масштабное разведение для коммерческого применения.
В 2018 году группа японских исследователей выяснила, что шелк мешочных червей превосходит паучий шелк по всем показателям долговечности. Он примерно в 2,3 раза превзошел его по ударной вязкости — гибкости, позволяющей выдерживать деформацию без разрушения. Также он обладал примерно в 1,8 раза большей прочностью на разрыв — силой, которую материал выдерживает при растяжении до разрушения. На следующий год ученые опубликовали исследование в журнале Nature Communications.
Мешочные черви — общий термин для личинок моли отряда чешуекрылых семейства Psychidae. Во всем мире существует около 1000 видов, из них около 50 обитают в Японии. Самый известный японский вид — Eumeta variegata.
Личинки плетут собственный шелк, чтобы связывать кусочки листьев и веток для формирования гнезд. Эти гнезда становятся их укрытием от хищников и помогают перемещаться с места на место.
Шелк мешочных червей изготовлен из белка, как шелк шелкопряда или паука. Когда ученые проанализировали аминокислотные последовательности, составляющие белок, они обнаружили, что он имеет высокоупорядоченную иерархическую структуру, которая обеспечивает его высокую прочность.
Коммерциализировать натуральное волокно получилось не сразу. Команда исследователей собирала личинок, разводила и наблюдала за их поведением. Они изучили жизненный цикл мешочных червей. Насекомые начинают прясть шелк сразу после рождения и продолжают на протяжении всей личиночной стадии. Следом команда разработала методы разведения в помещении и создала систему непрерывного сбора шелка.
Мешочные черви плетут зигзагообразные, похожие на лестницу, нити шелка. Они используют их как «строительные леса» для передвижения. Опираясь на этот принцип, японская компания создала сверхтонкие листы, напоминающие нетканый материал. Объем производства достиг примерно 1000 квадратных метров в год.
В ноябре 2024 года японская компания запустила свой бренд. Первым продуктом, при создании которого использовали новый шелк, стала серия теннисных ракеток Ezone. Новый материал применили в стержне ракетки, сочетав его с передовыми углеродными материалами. Благодаря сочетанию прочности и гибкости шелка показатели виброгашения улучшились на 5,8% по сравнению с традиционными моделями.
Одно из достоинств материала — биоразлагаемость. Поскольку он получен не из ископаемого топлива, то нет риска его превращения в микропластик после утилизации. Сейчас специалисты используют материал в композитах с пластиком. Однако если они начнут производить композиты с биопластиком, то в перспективе смогут создавать продукцию с еще более низким воздействием на окружающую среду.
Компания в будущем рассчитывает применять волокна в еще неизученных сферах, например в аэрокосмической отрасли. Там прочность этого материала можно использовать по максимуму.
Автор: Елизавета Завьялова