Как известно, спикулы, скелетные элементы некоторых беспозвоночных животных, таких как, губки, кораллы, моллюски, являются достаточно гибкими и одновременно прочными элементами при нагрузке на разрыв или излом. Недавно ученым удалось создать синтетические спикулы, которые не ломались даже при экстремальных нагрузках и деформациях. Исследования проводились с использованием микроманипулятора и сканирующего электронного микроскопа. При этом осуществлялось сравнение характеристик искусственных и природных материалов.

Немецкие ученые из университета Иоганна Гутенберга города Майнц и Института Макса Планка полимерных исследований в городе Гейдельберг создали новый синтетический гибридный материал, содержащий почти 90 процентов минеральных веществ, но очень гибкий. Секрет в том, что они в своей работе пытались подражать природе, создавшей структурные элементы большинства спикул морских губок. Им удалось воссоздать спикулы губок с использованием природного минерального карбоната кальция и белка губки. Природные минералы, как правило, очень жесткие и колючие, и такие же хрупкие, как фарфор. Удивительно, что созданные синтетические спикулы превосходят их природные аналоги с точки зрения гибкости, демонстрируя резиноподобную гибкость. Синтетических спикулы, как оказалось, можно, например, легко изогнуть до П-образной формы без разрыва или проявления каких-либо признаков разрушения.

Необычная гибкость, описанная немецкими исследователями в текущем выпуске журнала «Science», обязана присутствию органических веществ в новом гибридном материале, и эта добавка (органических веществ) примерно в десять раз больше, чем в природных спикулах. Спикулы являются структурными элементами в большинстве морских губок. Они обеспечивают как определенную жесткость, так и защиту от хищников. Они часто бывают колючие и их твердость такова, что иногда даже довольно трудно режутся ножом. Спикулы губок, таким образом, представляют прекрасный пример легкой, прочной и непроницаемой системы обороны, также как для спортсменов важно купить протеин, который является главным материалом для построения мышечной ткани.

Высокая степень изгиба синтетических спикул обеспечивается «кирпичами» кальцита нанометрового размера. Радиус кривизны при изгибе очень велик по сравнению с размером отдельных частиц. Это предотвращает разрушение хрупких кирпичей и гибкость всей структуры. Исследователи во главе с Вольфгангом Тремель (Wolfgang Tremel), профессором университета Иоганна Гуттенберга в Майнце, и Ганс-Юргеном Батт (Hans-Jürgen Butt), директором Института Макса Планка полимерных исследований в Майнце, использовали эти природные спикулы губки в качестве модели для того, чтобы вырастить подобные им материалы в лаборатории.

Синтетические спикулы были созданы из кальцита (CaCO3) и силикатеина-альфа (silicatein-α). Последний представляет собой белок природных, кремнистых губок, который катализирует образование диоксида кремния в морских губках. Силикатеин-альфа был использован в лабораторных условиях для контроля самоорганизации спикул кальцита. Синтетический материал был в результате собран из аморфного карбоната кальция в качестве связующего материала и силикатеина-альфа, а затем доведен до конечного кристаллического материала, методом «старения».

После шести месяцев «старения», синтетические спикулы уже представляли собой стену из «кирпичей», состоящих из нанокристаллов кальцита, в которой белок выполнял – роль цемента, соединяющего «кирпичи» нанокристаллов кальцита. Полученные спикулы были 10-300 микрометров в длину и диаметром 5-10 мкм.

Вернер Е. Мюллер (Werner E. G. Müller), профессор из Университетского Медицинского Центра немецкого города Майнц, утверждает в журнале «Science», что у синтетических спикул есть еще одна особенность – они способны передавать световые волны, даже когда они согнуты.