Ученые превратили шелк в сверхпрочный материал для медицины и 6G-сетей

Шелк перестает быть просто тканью для пошива одежды. Исследователи разработали новый метод обработки натуральных волокон, который превращает их в конструкционный материал, по прочности сопоставимый с кевларом. Это открывает перспективы его использования в самых разных областях — от создания съедобных защитных оболочек для продуктов до производства носимых датчиков мониторинга здоровья.

Технология термического прессования

Традиционно для промышленного использования шелковые волокна сначала растворяют, а затем формируют из полученной массы нужные изделия. Группа ученых из Университета Тафтса, Имперского колледжа Лондона и Мичиганского университета предложила принципиально иной подход — сплавление нитей под воздействием точно рассчитанной температуры и давления. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nature Sustainability.

Процесс создания материала проходит в несколько этапов. Сначала волокна очищают от серицина — клейкого белка, который позволяет насекомым строить коконы. Затем очищенные нити подвергают горячему прессованию при температуре от 125 до 215 градусов Цельсия и давлении от 1900 до 9800 атмосфер. В таких условиях белковые структуры переходят в аморфное состояние и прочно соединяются друг с другом. Полученный композит напоминает углеродное волокно или древесину, где механическое напряжение эффективно распределяется между связями.

Уникальные свойства и сферы применения

Новый материал обладает набором характеристик, которые делают его пригодным для высокотехнологичных отраслей. В обзоре отмечается, что варьирование условий обработки позволяет менять структуру изделия в зависимости от поставленных задач.

• Устойчивость к ударам: материал демонстрирует вязкость разрушения, сравнимую с характеристиками кевлара, что позволяет ему выдерживать баллистические воздействия.
• Оптические свойства: сплавленный шелк прозрачен для видимого света и способен поляризовать терагерцовое излучение.
• Биосовместимость: материал полностью безопасен для человеческого организма и не вызывает отторжения.

По словам ассистента профессора Чунмэй Ли, благодаря своей прочности материал может применяться в медицине для изготовления фиксирующих устройств, таких как пластины, штифты и винты, используемые при лечении переломов костей. Изменение параметров давления и температуры также позволяет создавать платформы для более мягких и гибких имплантов.

Способность материала работать с терагерцовым излучением привлекает внимание разработчиков систем связи следующего поколения. Эксперты считают, что такой шелк может стать важным компонентом оборудования для сетей 6G, предназначенных для сверхбыстрой передачи зашифрованной информации.

Экологический потенциал

В завершение исследования авторы подчеркивают экологическую значимость проекта. Новый метод позволяет подвергать вторичной переработке старые шелковые ткани, которые раньше приходилось либо утилизировать, либо растворять с использованием агрессивных химикатов. В планах ученых — изучение способов масштабирования производства и внедрение материала в технологии создания сенсоров.