Учёные приблизились к массовому производству искусственной паутины прочностью, сопоставимой со сталью
Исследователи из Шведского университета сельскохозяйственных наук добились значительного прогресса в создании искусственного паутинного шёлка — материала, способного сочетать высокую прочность, эластичность и небольшой вес. Учёные разработали более эффективный способ получения и очистки паутинных белков, который в лабораторных условиях позволяет сократить расходы на их очистку до 99%. Теперь исследовательская группа готовится перейти от изготовления отдельных волокон к производству пряжи и экспериментальных текстильных материалов.
Природная паутина давно привлекает внимание специалистов по материаловедению. Прочность некоторых типов паутинных нитей на растяжение достигает 1–1,5 гигапаскаля, что сопоставимо с показателями высокопрочных сталей. При этом паутинный шёлк значительно легче металла и способен растягиваться, поглощая большое количество энергии перед разрывом. Сочетание этих свойств делает его перспективным материалом для создания лёгких тканей, медицинских имплантатов, защитного оборудования и других изделий.
Главная трудность заключается в воспроизведении естественного процесса формирования паутины. В организме паука специальные железы содержат концентрированный раствор белков, называемых спидроинами. При прохождении через узкие протоки изменяются кислотность, ионный состав и механические условия, заставляя белковые молекулы перестраиваться. В результате формируются прочные волокна с упорядоченными участками, известными как бета-складчатые структуры. Воссоздать этот механизм в промышленных масштабах значительно сложнее, чем просто получить необходимые белки.
Профессор Сара Стеллваген из Университета Северной Каролины в Шарлотте отмечает, что исследователи уже научились производить растворы паутинных белков, однако превращение их в полноценные волокна остаётся одной из основных технологических проблем. Кроме того, разводить пауков в промышленных масштабах невыгодно: многие виды проявляют каннибализм, поэтому использовать их так же, как шелкопрядов, практически невозможно.
Шведская исследовательская группа под руководством Анны Райзинг и Бенджамина Шмука использует другой подход. Вместо выращивания большого количества пауков специалисты получают необходимые белки с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Затем очищенные молекулы превращают в волокна, воспроизводя основные физико-химические процессы, происходящие в паутинных железах. Технология основана на водных растворах и не требует применения высоких температур при формировании нитей.
В исследовании, опубликованном летом 2026 года, учёные представили модифицированные паутинные белки и метод их очистки без традиционной хроматографии. Добавление хлорида натрия вызывает разделение раствора на фазы, одна из которых содержит повышенную концентрацию нужного белка. Это позволяет существенно упростить выделение материала. В биореакторных экспериментах исследователи получили около 25 граммов белка на литр культуры. По сравнению с традиционным способом очистки новая технология позволила сократить соответствующие расходы до 99%, время обработки — до 80%, а потребление воды — до 92%.
Полученные белки удалось превратить в непрерывные искусственные волокна. Их механические характеристики оказались сопоставимы с характеристиками волокон из ранее применявшихся лабораторных белковых конструкций, требовавших более дорогостоящей очистки. Однако это не означает, что новый материал уже полностью воспроизводит предел прочности природной паутины в 1,5 гигапаскаля. Для промышленного использования необходимо добиться стабильных характеристик и научиться одновременно производить множество нитей с одинаковыми свойствами.
Параллельно исследователи из Университета штата Сан-Диего и Королевского колледжа Лондона изучили молекулярные причины необычных свойств природной паутины. Они обнаружили, что взаимодействия между аминокислотами аргинином и тирозином помогают белковым молекулам объединяться и формировать упорядоченные структуры. Такие взаимодействия действуют подобно микроскопическим соединительным элементам, способствуя превращению жидкого белкового материала в прочное волокно. Эти результаты дополняют исследования искусственного паутинного шёлка, хотя получены другой научной группой.
В октябре 2026 года шведские учёные сообщили о переходе к следующему этапу разработки. Проект ArtSilk получил поддержку фонда H&M Foundation в размере 200 тысяч евро. Финансирование позволит провести дополнительные испытания, усовершенствовать оборудование и изготовить достаточное количество волокон для создания экспериментальной пряжи и тканей. В перспективе подобные материалы рассматриваются как возможная более экологичная альтернатива некоторым синтетическим волокнам, а также для применения в медицине, включая восстановление повреждённых тканей.
При этом промышленное производство искусственной паутины пока не налажено. Исследователям ещё предстоит подтвердить экономическую эффективность технологии при масштабировании, проверить долговечность готовых изделий и оценить их фактическое воздействие на окружающую среду. Тем не менее новые достижения показывают, что воспроизведение одного из самых необычных природных материалов постепенно превращается из лабораторной задачи в реальную инженерную разработку.