Исследователи из Гарварда разработали новый материал, воспроизводящий исключительную прочность, жесткость и возможность разностороннего применения одного из наиболее интересных материалов природного происхождения – кутикулы насекомых.

Новый материал, получивший название «Шрилк» (Shrilk), как и его природный аналог, отличается невысокой стоимостью, биологической совместимостью и способностью к деградации в естественных природных условиях.

Исследователи полагают, что в перспективе шрилк сможет заменить собой синтетические полимеры в товарах потребления, а также найдет использование в медицинских системах.

Рис. 1. Прочность и жесткость шрилка близка
к механическим параметрам сплавов алюминия,
однако его плотность в два раза меньше плотности
этих сплавов. (Рисунок из Advanced Materials, 2011;
DOI: 10.1002/adma.201104051).

Кутикулы насекомых, входящие в состав их жестких скелетов, уникальны в своей способности сочетать легкий вес, небольшой объем и высокую степень защиты. Помимо высокой степени механической защиты кутикулы успешно предохраняют внутренние органы насекомых от химического воздействия. Масса кутикул настолько невелика, что не мешает насекомым летать, кутикулы также обладают достаточной гибкостью, формируя как жесткие, так и гибкие сегменты тела членистоногих.

Кутикула насекомых представляет собой композитный материал, состоящий из слоев хитина и белка, организованных в ламинарную структуру подобно листу фанеры. Механические и химические взаимодействия между хитином и белком обеспечивают уникальные химические и механические свойства этого композита.

Изучение этих сложных взаимодействий позволило исследователям из Гарварда воспроизвести химию и ламинарное строение композитного материала в лаборатории, получив тонкие прозрачные пленки и состав, и строение которых было аналогичным строению кутикулы насекомых.

Свое название – шрилк (shrilk) материал получил из-за того, что он состоит из белка-фиброина, входящего в состав шелка (silk – шелк, англ.) и хитина, который обычно извлекают из панцирей креветок (shrink – креветка, англ.).

Прочность и жесткость шрилка соответствуют аналогичным параметрам сплавов алюминия, однако он весит в два раза меньше. Новый материал отличается биодеградируемостью его производство должно стоить очень дешево – хитин представляет собой весьма доступный природный полимер. Новому материалу можно придавать любые, в том числе и очень сложные формы. Изменение содержания воды в ходе процесса получения шрилка позволяет получать материал, коэффициент жесткости которого меняется таким образом, что материал пробегает все состояния – от эластичности до жесткости.

Свойства материала обуславливают потенциальные области его применения – он может применяться для изготовления дешевых и экологически безопасных альтернатив полимерам, из которых изготавливаются пакеты и упаковка.

Исследователи также предполагают, что шрилк можно будет использовать в качестве шовного материала или как шаблон для восстановления тканей.