Шовный материал

1*

Съедобная упаковка

2*

Струны

3*

Шелк для волос

4*

Линзы

5*

Медицина

Пищевая промышленность

Музыкальные инструменты

Оптика

Косметология

Шелкопряд не является единственным источником шелка; в природе существует примерно 200 видов бабочек, гусеницы которых окукливаются в коконах.

В 1709 году впервые было зафиксировано использование паучего шелка, который
при своей легкости оказался прочнее стали
и жестче, чем кевлар.

Медицина

Хотя шелк — это общий термин, который используется для описания любого типа белковых волокон, вырабатываемых насекомыми, физические, химические и биологические свойства данного шелкового материала варьируются в зависимости
от вида, из которого он был получен. В природе плотная упаковка β-листов, состоящих из полимеров фиброина шелка, обеспечивает поддержку
при формировании паутины, строительстве гнезд, страховочных тросов, защите яиц, формировании коконов и сооружении ловушек.

Врачи используют шелковые каркасы
для улучшения заживления ран и в тканевой инженерии для восстановления костей, хрящей, связок и сухожилий.

Паук-крестовик, из паутины которого получают
паучий шелк

Гель на основе протеина шелка, который способен заживлять раны, не оставляя шрамов

Являясь самым крупным органом нашего тела, кожа обеспечивает внешний защитный барьер для наших внутренних органов от вредного воздействия окружающей среды и патогенных микроорганизмов. При возникновении кожной раны образуется полость, которая нарушает нормальную структуру
и функции кожной ткани.

Помимо устранения любых побочных реакций, связанных с воспалительной реакцией, естественное разрушение раневых повязок из паутинного шелка также устраняет любые болезненные изменения
или снятие повязок, которые обычно вызывают дискомфорт у пациентов.

Ранозаживляющий потенциал волокон паутинного шелка впоследствии привел к их использованию
в биосовместимых швах для закрытия или перевязки различных мягких тканей во время глазных, нервных
и сердечно-сосудистых операций.

Шелк хирургический в ампуле

При невозможности самовосстановления кожи для заживления серьезных ран применяют хирургические вмешательства или повязки.

Исследования механических характеристик гусениц и пауков вдохновили ученых
на применение их белков для разработки данных биоматериалов.

Гель на основе протеина шелка

Несмотря на высокую прочность паутинного шелка
на разрыв, антимикробные свойства этого материала ограничены. В результате шовные материалы
из паутинного шелка часто приходится обрабатывать антимикробными средствами, которые не снижают прочность на растяжение, прочность узлов, поверхностное трение или биосовместимость шелкового волокна.

Шелковые винты предназначенные для срастания сломанных костей

Пищевая
промышленность

Разрабатывается покрытие, которое
может заменить пластиковую упаковку
для консервирования мяса и других продуктов питания.

Профессор Бенедетто Марелли за работой

Сканирующая электронная микрофотография шелкового волокна

Марелли, родившийся в Милане, в детстве увлекался мастерством и в итоге стал ученым. Он начал
с разбора гаджетов, а затем с удовольствием стал
их собирать заново, и эта страсть теперь приводит
к новым инновациям, которые переходят
от «лаборатории к столу».

Профессор Бенедетто Марелли из MIT разрабатывает технологии для продления хранения продуктов и повышения эффективности сельского хозяйства.

Снимки микрокапсул с шелковым покрытием, содержащие витамин С

Это открытие положило начало созданию «Mori», дочерней компании, которая с тех пор занимается коммерциализацией инновационного шелкового покрытия, предлагая устойчивые решения
для пищевой промышленности и трудоустройства множеству людей, стремящихся изменить ситуацию
в мире к лучшему.

Произошел кулинарный прорыв: клубника
в съедобной шелковой суспензии сохранила свежесть, что стало основой технологий Бенедетто Марелли.

Марелли, обладая более 20 патентами
и богатым опытом, продолжает соединять науку о жизни с инженерией.

Покрытие из шелка

Слева — банан через 9 дней без шелкового покрытия, справа — с покрытием

Он был непосредственным руководителем преобразований, которые открывают новые возможности. В основе его исследований лежат натуральные материалы, а именно шелк, который используется для изготовления покрытий, продлевающих срок хранения скоропортящихся продуктов и удобряющих сельскохозяйственные культуры в самых суровых условиях,
что перекликается с философией Марелли — использовать щедрые дары природы
для удовлетворения потребностей общества.

Переход Бенедетто Марелли от биомедицины
к экологической инженерии привел к разработке технологий на основе шелка, которые потенциально могут помочь в борьбе с глобальными проблемами, включая пищевые отходы, низкую урожайность сельскохозяйственных культур и пагубное воздействие традиционных методов ведения сельского хозяйства на окружающую среду.

Музыкальные
инструменты

Сотрудник медицинского университета Нара Сигэеси Осаки давно проявляет интерес к механическим характеристикам паутинного шелка. В частности,
он исследовал физическую природу паутинных волокон и установил их прочность на разрыв, а также другие свойства, о чем написал в статье, опубликованной в 2007 году.

При изготовлении скрипичной струны исследователь сплетал из 3–5 тысяч отдельных волокон жилу,
в котором волокна ориентированы в одном направлении. Каждая струна затем составлялась
из трех таких жил, которые заплетались
в противоположном направлении.

Ему удалось усовершенствовать способ получения значительного количества таких волокон
от разводимых в питомниках пауков. Теперь
он приступил к исследованию применения этого увлекательного материала. Осаки использовал
для получения паутины 300 самок пауков вида Nephila maculate, которые славятся своей сложной архитектурой паутин.

Японскому исследователю удалось разработать струны для скрипки из шелка субтропических пауков.

Согласно мнению критиков, эти струны создают мягкий и насыщенный звук,
в отличие от стандартных, сделанных
из стали или животной жилы.

Паучий шелк

Шелковые струны

Прототип скрипки со струнами из паучего шелка,
Лука Алессандрини

Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что паутинные струны имеют в разрезе совершенно круглый профиль, состоящий из волокон, принявших разнообразные формы, но при этом тесно примыкающих друг другу, не оставляя промежутков. Сам Осаки считает, что именно это свойство паутинных струн придает им прочность и уникальные акустические качества.

Затем Осаки занялся измерением их прочности
на разрыв — это важнейший параметр для скрипачей, которые не любят, когда струны рвутся при игре. Паутинные струны оказались менее прочными
на разрыв, чем традиционные, но редко используемые жильные струны, но прочнее, чем нейлоновые
с алюминиевым напылением.

Сигэеси Осаки со своим изобретением

Скрипачи подтвердили, что струны
из паутины обладают уникальным тембром,
что может сделать их привлекательными для использования.

Косметология

Косметические средства с экстрактом
шелка полезны для людей с сухой кожей
и волосами.

Протеины шелка представляют собой высокомолекулярный фиброин — нерастворимый белок, вырабатываемый насекомыми. Этот белок применяется для создания искусственной кожи
и в медицинских целях. Фиброин имеет большие молекулы, которые не проникают в кожу и волосы,
но оказывают эффективное действие на поверхности: он заполняет пустоты в липидном слое, ускоряет процессы заживления, образует защитную пленку
для удержания влаги, снижает проявление статического электричества и выполняет функцию термоизоляции. Шелк содержит 18 из 20 необходимых аминокислот, что способствует укреплению кожи.

Компания BTpeeL разрабатывает увлажняющие
и восстанавливающие косметические средства
на основе шелка, который славится своей легкостью
и мягкостью. В линейке для лица представлена «Сыворотка-бустер с протеином шелка
9% и гиалуроновой кислотой», обогащенная
9% протеинов шелка. Этот бустер восстанавливает
pH-баланс, укрепляет кожу, защищает от загрязнений
и излучения, придавая ей шелковистую текстуру. Сыворотка станет надежным помощником
для здоровой и увлажненной кожи.

В косметике для волос протеин шелка содержит
«Маска глубокого восстановления волос с протеинами пшеницы и шелка Ultra» BTpeel — маска используется для еженедельного ухода за волосами и их лечения. Волосы становятся сияющими, гладкими, здоровыми
и послушными. Содержит натуральные протеины шелка и протеин пшеницы. Без сульфатов, парабенов
и силиконов.

Коконы шелкопряда

Порошок фиброина шелка

Четыре шелковых компонента из фиброина, используемых в косметике: протеины шелка, пептиды шелка, аминокислоты шелка, шелковая пудра.

Сыворотка-бустер для лица BTpeeL c протеином шелка
9% и гиалуроновой кислотой

Косметика с шелком

Ученые нашли способ использовать паучий шелк для создания специализированных линз, которые предназначены
для исследования биологических систем.

Пауки плетут разные типы шелка, с уникальными свойствами и функциями. Один из них — паучий шелк, из которого состоит паутина. Его можно назвать отличным оптическим волокном, потому
что его показатель преломления равен примерно
1,55 (для сравнения, показатель преломления стекла — около 1,5). Он дает контрастное и яркое изображение,
и с ним очень удобно работать.

Группа ученых собрала паутину фаланговидного фолькуса, представителя семейства пауков-сенокосцев, обитающего в Европе. Из его крупной ампульной железы взяли нить, которую превратили
в плотное, гладкое и однородное шелковое волокно,
а затем налили на него немного воска и смолы.
Под их воздействием полотно сформировало купола
в местах, куда попали капли смолы. Затем
его поместили в печь, чтобы дать затвердеть.
Оказалось, в таком виде его можно будет использовать в качестве оптической линзы.

Оптика

Купольная линза, созданная на основе
паучего шелка

Паучий шелк привлекает внимание
как природный материал благодаря своей высокой эластичности, вязкости и прочности на растяжение.

Сканирующие электронные микрофотографии
шелкового волокна

Разработана ультракомпактная 3D-камера, вдохновленная зрительной системой пауков. Исследовательская группа Гарвардского университета поставила перед собой цель создать устройство, которое выполняло бы функции, схожие с Face ID,
но при этом было бы достаточно маленьким
для интеграции в умные часы или микророботов.

3D биолинзы

Ученые предложили несколько методов
для оптимизации PNJ, среди которых использование паучьего шелка как простого и дешевого решения.

Механизмы, генерирующие фотонные наноэлектриты (PNJ), используют в научных исследованиях, биологической визуализации клеток
и микроорганизмов, а также в хирургии.

Купольная линза с гибкими фотонными нанометрами обеспечит визуализацию наноразмерных объектов на разных глубинах в биологической ткани.

Объектив микроскопа

Биологический микроскоп

Натуральные шелковые волокна обладают потенциалом для оптических технологий,
в том числе для разработки биолинз,
что требует дополнительных исследований.

В процессе измерений ученые выяснили, что размер
и расположение длинных PNJ, которые создает хорошо освещенная линза, сильно зависит
от ее размера. Чтобы получить оптимальный пучок PNJ, необходимо использовать среднюю диэлектрическую купольную линзу. PNJ с длинным фокусным расстоянием подходит для получения больших изображений. Шелковое волокно
с купольной линзой будет особенно полезным
для биологической визуализации из-за своих биосовместимости и гибкости.

Благодаря множеству исследований
в области шелка, его использование
с каждым днем становится все более
и более разнообразным.