Ученые теперь имеют более четкое понимание того, почему шелковые волокна паука так невероятно прочны. Недавнее научное исследование, опубликованное в феврале в журнале Biophysical, описывает архитектуру шелковых волокон на атомном уровне и показывает новые сведения о молекулярной структуре, подчеркивающие удивительные механические характеристики этого удивительного естественного материала.
Пауки прядут шелк, отличающийся высшей степенью прочности и эластичности для использования его в плетении паутины, и для того, чтобы самим удерживаться на ней. «Шелковые волокна показывают изумительные механические свойства. Они могут быть сравнимы со сталью и предельная прочность их больше, чем у волокна Kevlar (пapa-apaмиднoe вoлoкнo), а плотность менее чем у хлопка или нейлона» – объясняет главный автора исследования доктор Фраук Гратер (Frauke Grаter) из Института Теоретических Исследований Хейделберга в Германии. «Поскольку шелковые волокна превосходят все свои искусственные аналоги с точки зрения прочности, ученые в ходе многих исследований пытались понять механические характеристики этих необычных естественных волокон».
Ученые знают, что шелковые волокна паука состоят из двух типов блоков построения: мягкие аморфные и прочные кристаллические компоненты. Научно-исследовательская группа доктора Гратера попыталась разработать лучшее понимание механических свойств шелковых волокон паука и применила вычислительный метод для анализа на уровне атомов аморфных и кристаллических субблоков, участвующих в образовании блоков построения. Группа использовала как молекулярные моделирования для изучения отдельных и объединенных субблоков, так и конечные элементные моделирования для понимания волоконной модели.
Исследователи обнаружили, что мягкие аморфные субблоки ответственны за эластичность шелка, а также помогают с распределением напряжения. Максимальная прочность шелка требует специальное количество кристаллических субблоков и зависит от способа их распределения в волокне. Другая структурная архитектура волоконных субблоков была протестирована на наличие оптимального механического исполнения.
«Мы определили, что последовательное размещение кристаллических и аморфных субблоков на дисках, где происходит их произвольное или параллельное распределение, представляет новую структурную модель для шелка» – сообщил доктор Гратер. В комплексе с результатами ранее проведенных исследований, сведения обеспечивают более ясное понимание механической природы шелковых волокон паука и могут быть полезными для проектирования искусственных шелковых волокон.
Оригинал (на англ. языке): Physorg Перевод: М. Гончар
українська версія: Вчені розплутують загадкові механізми павутини
