Модифицированная паутина облегчит создание мягких роботов
Паутина обладает уникальными свойствами природного материала. Она прочнее кевларовых волокон, используемых в бронежилетах, выдерживает экстремальные температуры, хорошо тянется на треть своей длины без повреждений, легка, тонка и биологически совместима. Благодаря этому паутину рассматривают как идеальную основу для множества инновационных решений — от медицинских препаратов и восстановления тканей до разработки гибких компонентов для роботов, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
Ученые ИТМО совместно с зарубежными коллегами создали инновационный метод увеличения прочности паутины путем инъекций магнитных наночастиц Fe₃O₄ в шелковые железы пауков вида Holothele incei. Инъекции проводились раз в три дня под анестезией. Спустя две недели присутствие частиц подтвердилось с помощью рентгеноспектроскопического анализа.
Попавшие внутрь железы частицы воздействовали на структуру белков-спидроинов, формирующих паутину Повысилась доля β-листов — структур, влияющих на прочность нити. После процедуры доля β-листов увеличилась с 48% до 71%, а показатель модуля Юнга, отражающего устойчивость к деформации, возрос на 82%. Таким образом, паутина стала значительно жестче и прочнее.
«Рост модуля Юнга делает паутину по жесткости с биологическими тканями, например хрящом. Мы предположили, что дело в зарядах наночастиц и белкового бульона для паутины: наночастицы, как мостики, притягивают к себе некоторые аминокислоты спидроина из паутины, в итоге структура шелка получается более упорядоченной. Кроме того, наночастицы придали паутине магнитные свойства, которые позволят управлять волокном», — комментирует первый автор исследования, заведующая лабораторией на факультете биотехнологий ИТМО Анастасия Крючкова.
Усиленная магнитными наночастицами паутина представляет интерес для производства компактных устройств, включая мягкие роботы. Такие конструкции основаны не на жестком каркасе, а на эластичных материалах, обеспечивающих подвижность и гибкость. Волокна паутины могли бы служить связующими элементами конечностей робота, обеспечивая дополнительную свободу движений.
Кроме того, содержащиеся в паутине магнитные наночастицы позволят дистанционно контролировать движения устройства за счет изменения внешнего магнитного поля. Еще одно возможное применение — использование паутины в качестве основы для гибких электронных схем, что позволит повысить долговечность и надежность материалов.
