Паутина – один из самых прочных материалов, известных современной науке – не раз становилась объектом инженерных прорывов, и учёные не прекращают попытки сделать шёлковые нити паутины ещё более крепкими или воспроизвести их свойства в синтетических материалах. Учёные из Тяньцзиньского университета в КНР пошли несколько иным путём и нашли способ сделать шёлк тутовых шелкопрядов на ~70% более прочным, чем паутина.

Учёные уже много лет работают над альтернативными методиками воспроизведения паутины, в том числе для производства паучьего шёлка в промышленных масштабах. Разведение пауков на специальных фермах показало скромные результаты, поскольку эти членистоногие – территориальные животные, которые не всегда уживаются в искусственно поддерживаемых условиях, особенно когда речь идёт о совместном проживании с другими пауками. Модификации паучьего шёлка также не получили широкого распространения ни в виде синтетической паутины, производимой генетически модифицированными бактериями, ни в виде усиленных графеном или нанокристаллами природных нитей.

Шелкопряды производят шёлк для плетения коконов. Их массовое разведение является одним из ключевых источников шёлковых нитей, подходящих для коммерческого применения. Этот материал также представляет интерес для учёных, однако из-за более низкого предела прочности, чем у паутины, его сферы применения ограничены текстильной промышленностью. Ранее исследователи уже экспериментировали с повышением прочности шёлка тутовых шелкопрядов, однако команде инженеров и биохимиков из Тяньцзиньского университета впервые удалось добиться действительно стоящих результатов.

Натуральный шёлк из куколок тутового шелкопряда послужил отправной точкой для эксперимента, который заключался в кипячении нитей в ванночках с разными составами. В первую очередь учёные растворили «клей», покрывающий волокна материала, и «искупали» их в растворе, предотвращающем деградацию белков. Его нити имеют структуру, схожую с материалом в паучьих коконах. Поскольку результаты испытаний с паутиной показали, что предел её прочности повышается после обработки в смеси цинка и железа, китайские биохимики решили повторить аналогичные манипуляции с шёлком шелкопряда, добавив в «коктейль» сахарозу. Сахар повышает плотность и вязкость смеси металлов, что также сказывается на формировании волокон шёлка. Полученные волокна учёные сформовали и вытянули в нити, похожие на каркасную паутину, но более крепкие и плотные. Согласно ряду исследований, пределы прочности каркасной паутины оценивают в 1,3 ГПа, а показатель плотности обработанного шёлка тутового шелкопряда составил ~2 ГПа.

Данное исследование не только позволило учёным значительно превзойти пределы прочности, доступные синтетическим шелкам, но также доказать, что шёлк шелкопрядов является перспективным материалом для производства искусственных волокон, применимых за пределами традиционной текстильной индустрии.