Морская губка – прототип бронежилета будущего

Средневековые рыцари укрывались за жесткими и тяжелыми стальными доспехами. Можно ли представить, чтобы вместо пластин металла в защитных рыцарских латах использовалась мягкая губка? Между тем, природа оснастило эту скромную обитательницу морских вод уникальной биологической технологией, позволяющей противостоять хищникам.

Ученым из Университета Гутенберга в Майнце и Института исследования полимеров им. Макса Планка, Германия, удалось воспроизвести природные технологии в лабораторных условиях, и даже создать необычный гибридный материал, который, возможно, будет использован в бронежилетах будущего. Результаты своей работы немецкие исследователи описали в последнем номере журнала Science.

У мягкой губки на самом деле есть собственный «скелет», внутренние структурные элементы, состоящие из крошечных взаимосвязанных игольчатых деталей, известных как спикулы. Жесткие, легкие и колючие элементы в совокупности образуют гибкие структуры. Их легко согнуть, но невозможно сломать и трудно разрезать. Таким образом, губки – идеальный пример защитного материала. Взяв за основу природную структуру, ученые попытались ее воспроизвести.

Мельчайшие спикулы, чьи размеры исчисляются в микрометрах, они воссоздали из смеси минерала кальцита (CaCO₃) и белка силикатеин-α (silicatein-α). Белок, благодаря которому губки создают жесткие элементы своей защиты, ученые применили для управления самоорганизацией спикул кальцита.

В результате лабораторного процесса аморфная смесь кальцита и белка через шесть месяцев превратилась в материал с кристаллической структурой. Частицы кальцита в ней выровнены и скреплены белком, словно кирпичи цементом.

Синтетические спикулы, состоящие на 90% из минерала, значительно более гибкие в сравнении с природными. Их можно согнуть буквой U без разрывов и переломов. Гибкость гибридного материала, примерно в десять раз превосходящая природные образцы, обеспечивается белковым «цементом», связывающим минеральную основу.

В то же время синтетические спикуы остаются твердыми и не сминаются. Неожиданным свойством гибридного материала из кальцита оказалась его способность проводить свет, причем даже в согнутом состоянии.

Морская губка – не единственный природный образец, который привлек внимание ученых, работающих над созданием эффективных защитных материалов для бронежилетов. Так, в Массачусетском технологическом институте ранее изучали свойства трехслойной структуры раковин улиток. А в Калифорнийском университете исследователей заинтересовала конструкция чешуи рыбы Arapaima, благодаря которой она «не по зубам» даже пираньям.

По материалам JGU

Комментарии: