Человек-паук

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Что вдохновляет исследователя? Природа, конечно, с ее восхитительными решениями, которые хочется повторить в лаборатории. Но не только. Исследователей вдохновляют мечты и научная фантастика (вот почему «Химия и жизнь» публикует фантастику с первого своего номера, вышедшего в 1965 году).

Повесть «Гиперболоид инженера Гарина» А.Н. Толстого вдохновила на создание лазера Ч. Таунса, Н.Г. Басова и А.М. Прохорова; рассказ «Тень минувшего» И.А. Ефремова подсказал идею голографии Ю.Н. Денисюку, которую он успешно воплотил в жизнь. Это перечисление можно продолжать.

Но вот вам свежайший пример. Помните фильм «Человек-паук»? Как лихо герой умел выстреливать паутиной и обезвреживать злодеев! Эти детские впечатления исследователей из лаборатории Silklab при Университете Тафтса нашли наконец выход. Они создали жидкий материал, которым можно выстрелить из иглы на предмет. Материал мгновенно прилипнет, нить затвердеет и на ней можно будет предмет поднять (Advanced Functional Materials).

Этот липкий материал делают из коконов шелкопряда. Их кипятят в воде, шелк распадается на строительные блоки, белок фиброин.

Фиброин

Липкий-то он липкий, конечно. На основе фиброина делают клей, который может работать под водой и склеивать самые разные поверхности. Но как сделать так, чтобы нити этой липучки мгновенно затвердевали?

Здесь, как это часто бывает с открытиями, вмешался случай. Марко Ло Прести, доцент-исследователь из Университета Тафтса, рассказал, что работал с фиброином, чтобы создать сверхпрочный клей. И когда он отмывал стеклянный стакан от фиброина ацетоном, то заметил, что на дне стакана образуется нечто, похожее на паутину.

Ну а дальше — обычная химическая кухня. Добавили к фиброину ацетон, получили полутвердый гидрогель. А затем добавили еще и дофамин, который используют при изготовлении биоклеев, и гидрогель затвердел мгновенно, сохранив липкость.

Дофамин

Однако полутвердый гель через иглу или фильеру не продавить — как же им выстреливать? И здесь исследователи нашли красивое технологическое решение.

Они использовали сопло с коаксиальной структурой. Через канал в центре сопло выбрасывает раствор фиброина-дофамина. В то же время второе кольцевое отверстие выбрасывает ацетон. Он обволакивает центральную струю, смачивает ее, испаряется, и струя мгновенно затвердевает, превращаясь в прочное волокно. Просто и гениально. Хотя те же пауки обходятся безо всякого ацетона. Как? Пока что это тайна, которую еще предстоит раскрыть.

Разработчики, конечно, не остановились на достигнутом — всегда руки чешутся улучшить свое дитя. Вот и здесь исследователи добавили в систему еще и хитозан, который увеличил прочность волокон на разрыв в 200 раз, и буфер бората, который увеличил их клейкость примерно в 18 раз.

Что же касается диаметра волокна, то это зависит от размера отверстий в насадке на сопло — от полумиллиметра до толщины человеческого волоса.

Конечно же новый материал испытали в действии. Разработчики выстреливали им с расстояния около 12 сантиметров в легкий кокон, в тяжелый стальной болт, в лабораторную пробирку, плавающую в воде, в частично погружённый в песок скальпель и деревянный брусок. И материал не подвел — мгновенно прилипал, затвердевал и позволял легко поднять все предметы. Оказалось, что рукотворная паутина может поднимать предметы, которые в 80 раз тяжелее ее самой.

Посмотрим, во что вырастет это изобретение. Интересно же.