Немецкие и израильские ученые придумали способ выращивания растительного волокна со «встроенными» свойствами, такими как магнетизм или способность светиться в ультрафиолете. Для этого они модифицировали молекулы глюкозы, которые хлопчатник использует для построения целлюлозных волокон, «пришив» к ним химические довески, обеспечивающие требуемые свойства. Статья опубликована в Science.

Наука о материалах сделала существенный вклад в создание тканей, которые используются для производства одежды. «Умные» ткани реагируют на окружающую среду и в зависимости от условий меняют свои свойства — они могут менять цвет, утолщаться, даже вырабатывать электричество при растяжении. Однако сложный состав делает одежду, сшитую из таких тканей, дорогой и недолговечной. В новой работе ученые предложили сделать «умной» обычную хлопчатобумажную ткань, и для этого вырастить хлопок, волокна которого сразу обладали бы требуемой функцией.

В работе авторы эксплуатировали очень простую идею. Волокна целлюлозы состоят из молекул глюкозы, которая содержит шесть атомов углерода. Два из них — первый и четвертый — задействованы в образовании полимера. Если к свободному атому углерода химически присоединить какую-нибудь группу, она теоретически может встроиться в волокно. Ученые реализовали эту концепцию с использованием двух производных глюкозы под названиями 6CF-Glc и Glc-DOTA-Dy.

В первом случае к шестому атому углерода глюкозы была пришита молекула карбоксифлуоресцина, обладающая свойством флуоресценции. Во втором случае авторы использовали неорганический довесок с включением диспрозия (Dy), который должен был придать волокнам магнитные свойства. Модифицированную глюкозу добавляли в питательную среду, на которой развивались оплодотворенные семязачатки. Через двадцать дней из семязачатка на чашке развивалось семя, покрытое волосками, состоящими из целлюлозы (хлопок по сути и представляет собой волокна, покрывающие семена). Исследователи анализировали свойства волокон различными физическими методами.

Хлопок, при выращивании которого была использована глюкоза с пришитым к ней флуорофором, светится в ультрафиолете. Natalio et al., Science 357, 1118–1122 (2017)

Хлопок, содержащий флуоресцентный довесок, оказался желтого цвета и светился зеленым в ультрафиолете. Волокна с диспрозием были бесцветными и действительно меняли свои магнитные свойства в зависимости от температуры. Авторы также изучили структуру и прочность волокон. Оказалось, что по сравнению с обычным хлопком, модифицированные волокна имеют менее упорядоченную структуру, поэтому «светящееся» волокно было менее прочным, чем немодифицированное. «Магнитное» волокно, однако, по механическим свойствам не уступало обычному.

Эксперименты в полях ученые не проводили, поэтому неизвестно, насколько реально окажется выращивать «функциональный» хлопок на ферме. Тем не менее, авторы утверждают, что их концепция применима к любым натуральным тканям, включая бамбук, шелк и лен.

Что примечательно, генетики уже выводили светящиеся растения, но новая разновидность флуоресцирующих волокон хлопка получена без генной модификации.

Автор: Дарья Спасская