Svila malenog pauka ima neka prilično zapanjujuća svojstva. Ona je jedan od najčvršćih materijala nađenih u prirodi, snažnija od metala i izdržljivija od Kevlara. Može se rastegnuti za nekoliko puta svoje dužine prije nego pukne. Zbog ovih razloga, ponavljanje paukove svile u laboratoriju pomalo je opsesija među znanstvenicima materijala desecima godina.
Znanstvenici sa Sveučilišta u Cambridgeu stvorili su novi materijal koji oponaša paukovu svilu po snazi, rastezljivosti i kapacitetu apsorprcije energije. Ovaj materijal pruža mogućnost unaprijeđenja proizvoda od biciklističke kacige i padobrana do pancirki i zrakoplovnih krila. Potencijalno najimpresivnije svojstvo ovog materijala? Sačinjeno je od 98 posto vode.
“Pauci su zanimljivi modeli zato što su sposobni proizvesti ova sjajna svilena vlakna na sobnoj temperaturi koristeći vodu kao otapalo”, rekao je Darshil Shah, inženjer Centra za inovaciju prirodnih materijala pri Cambridgeu. “Pauci su ovaj proces razvijali tijekom stotina milijuna godina, ali dosad ga nismo uspjeli kopirati.”
Vlakna izrađena u laboratoriju iz materijala koji se zove hidrogel, a sastoji se od 98 posto vode i 2 posto silicijeva dioksida i celuloze, od čega je posljedne dvoje povezano makrocikličkim spojevima kukurbiturilima (eng. cucurbiturils), molekulama koje služe kao “lisice”. Vlakna silicijeva dioksida i celuloze mogu se izvući iz hidrogela. Nakon 30 sekundi voda isparava, a iza nje ostaje snažna, rastezljiva nit.
Vlakna su iznimno snažna – iako ne kao najsnažnija paukova svila – i, značajno, mogu se napraviti na sobnoj temperaturi bez kemijskih otapala. To znači da, kad bi se mogla proizvoditi u većem obujmu, imaju prednost nad drugim sintetičkim vlaknima poput najlona, koji zahtijeva iznimno visoke temperature za tkanje, što proizvodnju tekstila čini jednom od najprljavijih svjetskih industrija. Umjetna paukova svila ujedno je i u potpunosti biorazgradiva. S obzirom na to da je izrađena od običnih, lako dostupnih materijala – uglavnom vode, silicijeva dioksida i celuloze – ima potencijal da bude jeftin.
Materijal može apsorbirati toliko energije da bi potencijalno mogao služiti kao zaštitna tkanina.
“Paucima je potreban toliki kapacitet apsorpcije zato što u trenutku kada ptica ili muha ulete u njihovu mrežu, ona mora to moći apsorbirati, inače bi pukla”, rekao je Shah. “Dakle stvari poput otpornosti na šarpenele ili drugi tipovi zaštitnog vojničkog odijevanja mogli bi biti uzbudljiva primjena.”
Druge potencijalne primjene uključuju platna za jedra, tkaninu padobrana, materijal balona na vrući zrak i biciklističke ili skejterske kacige. Ovaj materijal je biokompatibilan, što znači da se može koristiti unutar ljudskog tijela za stvari poput šavova.
Vlakna bi se mogla i modificirati na niz zanimljivih načina, kaže Shah. Zamjena celuloze s raznim polimerima mogla bi pretvoriti svilu u potpuno drugačiji materijal. Osnovna metoda mogla bi se ponoviti kako bi se dobile verzije mnogih tkanina s niskom razinom temperature, bez kemijskih otapala.
“To je generička metoda izrade svih vlakna, kojom bi svi tipovi [umjetnih] vlakana bili ekološki”, rekao je Shah.
Shah i njegov tim nisu jedini znanstvenici koji rade na stvaranju umjetne paukove svile. Za razliku od dudovih svilaca koji se mogu uzgajati, pauci su kanibali koji ne bi podnijeli skučenost koja je nužna za uzgoj, pa je laboratorijski uzgoj jedini način da se dođe do značajnih količina ovog materijala. Svakih nekoliko godina pojavi se naslov o novim razvojima procesa. Njemački tim modificirao je bakterije E. coli da proizvode molekule paukove svile. Znanstvenici sa Državnog sveučilišta Utah uzgojili su genetski modificirane “pauk-koze” koje su proizvodile proteine svile u svom mlijeku. Američka vojska testira “zmajevu svilu” koju proizvode modificirani dudovi svilci za izradu pancirki. Ranije ove godine znanstvenici s Instituta Karolinska u Švedskoj objavili su rad o novoj metodi korištenja bakterija u proizvodnji proteina paukove svile na potencijalno održiv, skalabilan način. Kalifornijski startup Bolt Threads ovog proljeća predstavio je kravate proizveden bioinženjeringom paukove svile na SXSW festivalu. Njihov proizvod napravljen je fermentacijom kvasca, procesom kojim nastaju proteini svile, koji onda prolaze kroz proces isprešavanja kako bi se pretvorili u vlakna. Proizvod je bio dovoljno obećavajuć da izvoji partnerstvo s vanjskim proizvođačem Patagonia.
Ali, kako ističe priča objavljena 2015. godine u časopisu Wired, “do sad, svaka skupina koja je pokušala proizvesti dovoljno ove stvari da ju donesu na masovno tržište, od istraživača do korporativnih divova, manje-više je doživjela neuspjeh.”
Ovo je izazov s kojime se sada suočavaju Shah i njegov tim.
“Trenutno možemo napraviti desetke miligrama ovih materijala, a onda iz njih izvući vlakna”, rekao je. “Ali želimo ovo pokušati napraviti na puno većoj skali.”
Kako bi u tome uspjeli, tim radi na robotoskom uređaju koji izvlači i tka vlakna brže i u većoj mjeri nego prije. Postigli su neki uspjeh, kaže Shah, i nastavljaju s istraživanjem procesa.
“Još smo u ranim fazama istraživanja”, rekao je.
Pronalasci tima nedavno su objavljeni u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
