«Стремясь к совершенству,
совершенствуй стремление»
Юрий Белишкин.
Биология является отличным источником вдохновения при разработке материалов, поскольку природа производит просто умопомрачительное их разнообразие, и при том весьма искусно (вспомните, например, исключительную прочность шёлка). По многим характеристикам эти материалы превосходят наши лучшие альтернативы, мы нередко берём на вооружение её методы и решения, и вот теперь наука снова оглядывается на природу.
Итак, по порядку.
Есть понятие «сконструированные микробы». Это такие специально выращиваемые микроорганизмы с заданными свойствами, которые довольно успешно используются в производстве множества низкомолекулярных соединений. И хотя в этом они весьма выручают, в прямом микробном производстве полимеров с высокими механическими характеристиками существуют свои сложности, из-за чего оно остаётся очень ограниченным.
Но команда исследователей инженерной школы МакКелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе преодолела часть этих преград, разработав метод синтетической химии для полимеризации белков внутри созданных микробов.
Достижение вылилось в способность микробов производить высокомолекулярный мышечный белок тайтин, который затем превращался в волокна. И знаете что? Эти волокна могут выдержать большее напряжение на разрыв, чем хлопок, легендарный шёлк, нейлон или даже кевлар.
«Его производство может быть дешёвым и масштабируемым. Это может иметь множество применений, о которых люди помышляли раньше, но с использованием натуральных мышечных волокон, – говорит Фучжун Чжан, профессор Департамента энергетики, окружающей среды и химической инженерии. – Теперь эти приложения могут быть реализованы без необходимости использования реальных тканей животных».
Структуры волокон были проинспектированы на предмет свойств и определения особенностей молекулярных механизмов. Именно они являются источником уникальных сочетаний той самой исключительной прочности, сопротивления и демпфирующей способности. И даже способности преобразовывать механическую энергию в тепло рассеивать его.
Оказалось, что помимо превосходства над искусственными материалами-чемпионами, новинка демонстрирует наиболее желательные механические свойства натуральных мышечных волокон. А главное – быстрое механическое восстановление.
Учёные полагают, что кроме модной одежды или защитной брони (раз уж эти волокна жёстче кевлара – основы пуленепробиваемых жилетов), что новоявленный рекордсмен имеет множество биомедицинских перспектив. Дело в том, что, пусть этот материал и является синтетическим, он почти идентичен белкам, содержащимся в натуральной мышечной ткани. А значит его биосовместимость позволит ему стать отличным расходником для операционных швов, применяться в тканевой инженерии и так далее.
«Прелесть системы в том, что это действительно платформа, которую можно применять где угодно, – говорит Сарджент. – Мы можем брать белки из разных природных контекстов, затем помещать их на эту платформу для полимеризации и создавать более крупные и длинные белки для различных материалов с большей устойчивостью».
По материалам АРМК.