Ученые объяснили механизм, лежащий в основе уникальных свойств паутины, которая является чрезвычайно прочной и при этом очень эластичной. Работа исследователей опубликована в журнале
Nature Materials. Ее краткое изложение приведено в пресс-релизе Массачусетского технологического института (MIT).
Специалисты изучают свойства паутины давно, однако до настоящего момента им не удалось выяснить, что определяет ее характеристики. Паутина представляет собой белковую нить, отдельные участки которой имеют определенную пространственную структуру, известную как бета-лист. Типичный бета-лист представлен тут.
Чтобы понять, как паутине удается сочетать прочность и эластичность, ученые разработали компьютерную модель, которая позволила им проверить множество вариантов поведения паутины при растяжении. Проанализировав различные возможности, специалисты заключили, что отдельные участки бета-листов уложены наподобие стопки блинов. Отдельные "блины" связаны друг с другом водородными связями и при этом могут иметь различную пространственную ориентацию.
Водородные связи - это один из весьма слабых типов химических связей. Они легко рвутся и легко образуются вновь. Однако когда водородных связей много, результирующая сила оказывается достаточно значительной. Ученые установили, что соединенные водородными связями стопки блинов способны долго противостоять внешней силе, обеспечивая всей нити прочность и эластичность.
Ученые нашли и еще один фактор, определяющий прочность нити. Оказалось, что оптимальное соотношение свойств наблюдается у паутины, у которой отдельные "блины" имеют размер три нанометра. Когда исследователи при помощи своей модели увеличивали "блины" до пяти нанометров, нить становилась хрупкой.
По мнению авторов, их работа имеет большое практическое значение. Обнаруженные учеными принципы строения нити могут быть реализованы не только для паутины, но и для других полимеров, построенных из органических молекул. В частности, исследователи не исключают, что вместо белков можно создавать "паутину" из углеродных нанотрубок, которые сами по себе отличаются очень высокой прочностью.
