Każdy, kto jako dziecko czytał komiksy o Spider-Manie, wyobrażał sobie, jak to jest strzelać pajęczynami z nadgarstków, szybować nad ulicami i łapać przestępców. Naukowcy z Tufts University potraktowali te komiksowe sceny poważnie i stworzyli technologię, w której płynny jedwab wystrzeliwuje z igły i niemal natychmiast zamienia się w wytrzymały sznurek, który przykleja się do przedmiotów. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Functional Materials.
Czytaj też: Lepszy niż drzewa. Nowy materiał pochłania węgiel jak szalony
Prof. Fiorenzo Omenetto z Tufts University, główny autor badania, mówi:
Jako naukowcy i inżynierowie poruszamy się po granicy między wyobraźnią a praktyką. Możemy inspirować się naturą. Możemy inspirować się komiksami i science fiction. W tym przypadku chcieliśmy dokonać inżynierii wstecznej naszego materiału jedwabnego, aby zachowywał się tak, jak natura go pierwotnie zaprojektowała i jak wyobrażali go sobie twórcy komiksów.
Sieć Spider-Mana już tu jest, a można ją ulepszyć
Lepkie włókna stworzone w Silklab pochodzą z kokonów jedwabników morwowych (Bombyx mori), które są rozkładane na białka podstawowe, zwane fibroiną. Następnie roztwór można wystrzelić, a raczej wytłoczyć, przez igły o wąskim otworze, aby utworzyć strumień, który dzięki odpowiednim dodatkom zestala się po wystawieniu na działanie powietrza. Dlaczego wykorzystali jedwab jedwabników, a nie pająków? Jest on prostszy strukturalnie, a surowce są łatwiejsze do zdobycia.
Czytaj też: Niezwykłe właściwości bambusa. Ten materiał może zapoczątkować rewolucję
Wcześniej natura zainspirowała naukowców z Silklab do pionierskiego wykorzystania fibroiny jedwabiu do produkcji mocnych klejów, które mogą działać pod wodą, czujników do druku, które można nakładać na praktycznie każdą powierzchnię, jadalnych powłok, które mogą wydłużyć okres przydatności do spożycia produktów, materiału zbierającego światło, który mógłby znacznie zwiększyć wydajność ogniw słonecznych, oraz bardziej zrównoważonych metod produkcji mikroczipów. Jednakże, chociaż poczynili znaczne postępy w zakresie materiałów na bazie jedwabiu, do tej pory nie udało się odtworzyć mistrzostwa pająków, które mogą kontrolować sztywność, elastyczność i właściwości klejące sieci, które przędzą. Przełom nastąpił przez przypadek.
Dr Marco Lo Presti z Tufts University mówi:
Pracowałem nad projektem wytwarzania niezwykle mocnych klejów z użyciem fibroiny jedwabnej i podczas czyszczenia naczynia acetonem zauważyłem, że na dnie szkła tworzy się materiał przypominający pajęczynę.
Szybko okazało się, że po wystawieniu na działanie rozpuszczalników organicznych, takich jak etanol lub aceton, roztwór fibroiny jedwabiu tworzy półstały hydrożel, ale zajmuje to kilka godzin. Jeśli jednak doda się dopaminę zestala się ona niemal natychmiast. Dodanie wypełniaczy – chitozanu lub buforu boranowego – stworzyło klejące, rozciągliwe włókna hydrożelowe o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.
Podczas testów wytłaczane sieci były w stanie unieść ciężar ponad 80 razy większy od ich własnej masy. Naukowcy z powodzeniem podnieśli kokon, stalową śrubę, rurkę laboratoryjną unoszącą się na wodzie, skalpel w połowie zakopany w piasku i klocek drewna z odległości około 12 cm.
Naukowcy przewidują szereg zastosowań włókien inspirowanych Spider-Manem, w tym inżynierię tkankową, dostarczanie leków, biomateriały i kleje. Choć nie osiągają wytrzymałości naturalnego jedwabiu pajęczego, który jest około 1000 razy mocniejszy, naukowcy zamierzają nadal udoskonalać swój lepki materiał.