Получение более прочного и жесткого шелка путем кормления шелкопрядов диетой с ионами редкоземельных элементов

Исследовательская группа под руководством доктора Инъин Чжан (факультет химии, Университет Цинхуа) разработала метод получения прочного и жесткого шелка путем кормления шелкопрядов диетой, модифицированной ионами редкоземельных элементов. Ионы редкоземельных элементов могут включаться в фиброин шелка через питание. Включенные ионы способны образовывать ион-дипольные взаимодействия и катион-π взаимодействия с фиброином шелка. Эти взаимодействия перспективны для настройки структуры шелка с целью улучшения его механических свойств.

Спектральный анализ подтвердил успешное включение ионов редкоземельных элементов в шелковые волокна и их химические взаимодействия. Морфологический и структурный анализ показал, что ионы редкоземельных элементов уменьшают диаметр шелковых волокон, одновременно увеличивая содержание аморфного компонента и ориентацию кристаллитов.

Эти химические взаимодействия и структурные изменения способствовали улучшению механических свойств шелковых волокон. Средние значения прочности на разрыв, модуля Юнга и жесткости достигли 0.85 ± 0.07 ГПа, 18.0 ± 1.5 ГПа и 156 ± 13 МДж м⁻³ соответственно, а максимальные значения — 0.97 ± 0.04 ГПа, 19.0 ± 1.5 ГПа и 188 ± 19 МДж м⁻³. Комплексные механические свойства этого шелка сравнимы с паутиной пауков-кругопрядов и превосходят свойства шелка, модифицированного другими функциональными материалами.

Эта работа предлагает простую, эффективную и масштабируемую стратегию получения сверхпрочных и жестких шелковых волокон тутового шелкопряда. Полученные шелковые волокна являются потенциальными кандидатами для применения в медицине, аэрокосмической отрасли и спорте.

Работа опубликована в журнале Science Bulletin.