Нов материал от коприна превъзхожда дървесината и се конкурира с кевлара

Международен екип от изследователи разработи метод за превръщане на естествената коприна в свръхтвърд материал, без да се разтварят влакната или да се използват синтетични добавки. Под въздействието на топлината и налягането подредените копринени нишки се сливат в структура, която се доближава до кевлара по якост на опън и устойчивост на удар и превъзхожда някои въглеродни пластмаси. Материалът остава биосъвместим и може да бъде настроен за различно време на разтваряне в организма, проправяйки пътя за ново поколение ортопедични импланти.

Традиционните методи за обработка на коприната изискват разтваряне на влакната до отделни фиброинови молекули и след това тяхното формоване. По този начин се губи естествената подреденост и здравина на оригиналните нишки. Изследователите от Университета Тъфтс, Имперския колеж в Лондон и Мичиганския университет са избрали различен път: те са отстранили само външния лепилен слой – серицина, с помощта на мек разтвор на натриев карбонат. След това непокътнатите влакна са били подравнени в една посока и пресовани в горещо състояние, пише IE.

Коприненото влакно е естествен композит. То има подвижна, аморфна фаза (протеинови вериги без строг ред) и кристални домейни – подредени листовидни структури, отговорни за здравината. При нагряване аморфната фаза омеква и „слепва“ съседните влакна, докато кристалитите остават непокътнати, запазвайки механичната си твърдост и гъвкавост. Оптималният режим е температура от 125-215 °C и налягане от 1900 до 9800 атмосфери.

Микроструктурата на стопената коприна наподобява тази на дървото: снопове от подредени влакна, свързани помежду си, ефективно разпределят натоварването. По отношение на якостта на опън и устойчивостта на удар материалът превъзхожда костта и дървото, като почти догонва кевлара. Освен това той показва по-висока балистична устойчивост от някои полимерни композити, подсилени с въглеродни влакна – което означава, че потенциално може да се използва при производството на лични предпазни средства.

Тестовете с животни показват, че разтопената коприна предизвиква само слаб имунен отговор, който отслабва с течение на времето. Чрез промяна на условията на пресоване може да се контролира скоростта на биоразграждане: по-малко плътните проби постепенно прорастват с клетки и се резорбират, докато по-плътните остават стабилни за по-дълго време. Това прави материала кандидат за ролята на ортопедични импланти – пластини, винтове, фиксатори за фрактури, които в крайна сметка ще бъдат заменени от собствената им тъкан, без да се налага втора операция за отстраняване.

Освен това учените установиха, че слепената коприна е в състояние да поляризира терахерцовото излъчване – същите вълни, които се използват в скенерите на летищата, медицинските изображения, системите за химически анализ и комуникационните 6G системи. С навлизането на подобни екологични алтернативи индустрията прави решителна крачка към елиминирането на пластмасовите отпадъци.