謙虚なiderの絹には、かなり印象的な特性があります。 それは自然界で見られる最も丈夫な素材の一つであり、鋼鉄よりも強く、ケブラーよりも丈夫です。 壊れる前に、長さの数倍に伸ばすことができます。 これらの理由から、研究室でのスパイダーシルクの複製は、何十年もの間材料科学者の間で少し執着されてきました。
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現在、ケンブリッジ大学の研究者は、クモの糸の強度、伸縮性、エネルギー吸収能力を模倣する新しい材料を作成しました。 この素材は、自転車のヘルメットからパラシュート、防弾ジャケット、飛行機の翼まで、製品を改良する可能性を提供します。 おそらく最も印象的なプロパティですか？ 98％の水です。
「クモは、水を溶媒として使用してこれらのすばらしいシルク繊維を室温で生成できるため、興味深いモデルです」とケンブリッジの自然素材イノベーションセンターのエンジニアであるダーシルシャーは言います。 「このプロセススパイダーは何億年もかけて進化してきましたが、これまでコピーできませんでした。」
実験室で作られた繊維は、ヒドロゲルと呼ばれる材料から作られます。これは、98％の水と2％のシリカとセルロースです。ヒドロゲルから。 30秒ほどすると、水が蒸発し、強力で伸びる糸だけが残ります。
繊維は非常に強く、最も強いクモの糸ほど強くはありませんが、化学溶剤を使用せずに室温で作ることができます。 つまり、大規模に生産できる場合、紡績に非常に高い温度を必要とするナイロンなどの他の合成繊維よりも有利であり、繊維生産は世界で最も汚れた産業の1つになります。 人工クモの糸も完全に生分解性です。 また、一般的に入手しやすい素材、主に水、シリカ、セルロースから作られているため、手頃な価格になる可能性があります。
この素材は非常に多くのエネルギーを吸収できるため、潜在的に保護ファブリックとして使用できます。
「クモはその吸収能力を必要とします。なぜなら、鳥やハエがウェブにぶつかったとき、それを吸収できる必要があるからです。そうしないと壊れます」とシャーは言います。 「だから、破片耐性や他の防護服など、エキサイティングなアプリケーションになるでしょう。」
他の潜在的なアプリケーションには、帆布、パラシュート生地、熱気球素材、自転車やスケートボードのヘルメットが含まれます。 この素材は生体適合性があるため、ステッチなどのように人体内で使用できます。
Shah氏は、繊維をさまざまな興味深い方法で変更することもできます。 セルロースをさまざまなポリマーに置き換えると、シルクがまったく異なる素材に変わる可能性があります。 基本的な方法を複製して、多くの布地の低熱で化学薬品を必要としないバージョンを作成できます。
「これは、すべての繊維を作り、あらゆる形の[人工]繊維を緑色にする一般的な方法です」とシャーは言います。
シャーと彼のチームは、人工スパイダーシルクの作成に取り組んでいる唯一の科学者からはほど遠い。 silkのために養殖できるカイコとは異なり、クモは農業に必要な狭い場所に耐えられない人食い人種です。 数年ごとに、プロセスの新しい侵入についての見出しがあります。 ドイツのチームは、大腸菌の細菌を改変してクモの糸分子を生成しました。 ユタ州立大学の科学者は、牛乳に絹タンパク質を生産するために、遺伝子組み換えの「クモ山羊」を飼育しました。 米軍は防弾チョッキで使用するために改造カイコを介して生産された「ドラゴンシルク」をテストしています。 今年の初めに、スウェーデンのカロリンスカ研究所の研究者は、細菌を使用して、潜在的に持続可能でスケーラブルな方法でスパイダーシルクタンパク質を生産する新しい方法に関する論文を発表しました。 そして、この春、カリフォルニアに拠点を置くスタートアップのボルトスレッドは、SXSWフェスティバルでバイオエンジニアリングされたスパイダーシルクネクタイをデビューさせました。 彼らの製品は、絹タンパク質を生産する酵母発酵プロセスを経て作られ、その後、押出プロセスを経て繊維になります。 屋外メーカーのパタゴニアとのパートナーシップを築いたことは十分に有望です。
しかし、2015年のWiredのストーリーが指摘しているように、「これまでのところ、研究者から巨大企業まで、マスマーケットに持ち込むのに十分なものを生産しようとしていたすべてのグループはほとんど失敗しました。」
これは、シャーと彼のチームが現在直面している課題です。
「現在、私たちはこれらの材料を数十ミリグラムほど作り、それから繊維を引き出しています」と彼は言います。 「しかし、もっと大規模にこれを試してみたいと思います。」
そのために、チームは、以前よりも迅速かつ大規模に繊維を引っ張って紡糸するロボット装置に取り組んでいます。 Shah氏によると、彼らはある程度の成功を収めており、プロセスの調査を続けています。
「私たちはまだ研究の初期段階にあります」と彼は言います。
チームの調査結果は最近、National Academy of SciencesのProceedings of the Journalに掲載されました。
