Осенью можно сделать огромное количество различных поделок, особенно учитывая, что листья деревьев обретают красивый окрас. 

Листья можно использовать для создания и/или украшения всевозможных поделок, но кроме них есть и другие природные материалы, которые вы можете использовать: упавшие веточки, шишки, желуди, ореховую скорлупу и др.

Читайте также: 10 крутых украшений на Хэллоуин своими руками

Вот лишь небольшая часть поделок, которые можно создать, используя природные материалы:

Что сделать из природных осенних материалов: ваза из осенних листьев

Вам понадобится:

— осенние листья

— клей ПВА

— воздушный шарик

— кисточка.

1. Надуйте воздушный шарик и установите его на чашечке или миске.

2. Очистите листики от черенков.

3. Начните приклеивать по одному листику на шарик, обильно используя клей ПВА.

4. Выложите несколько слоев листьев, которые сверху также нужно покрыть клеем.

5. После высыхания клея аккуратно сдуйте шарик, и у вас получится ваза.

Читайте также: Что интересного можно сделать из старых вещей

Картина из природных материалов

Читайте также: Кондиционер своими руками

Вам понадобится:

— небольшие ветки (размер выбирайте сами)

— нитка нескольких цветов

— различные природные материалы (листья, шишки, желуди)

* Можете сделать треугольную или квадратную форму.

1. Соедините концы палок с помощью нити (см. изображение). У вас получится рама для работ.

2. Привяжите один конец яркой нити к углу рамки и начните обматывать нитью вашу рамку, оставляя достаточно места для украшений.

* Попробуйте обматывать каждую ветку дважды (см. изображение).

3. Когда вы обмотали всю рамку, привяжите конец нити к противоположному углу рамки.

4. Начните собирать природные материалы в лесах, парках и/или во дворе (листья, цветы, орешки и др.).

5. Собранный материал постарайтесь закрепить между натянутыми нитями. Используйте ваше воображение, чтобы создавать различные картины.

Читайте также: Поделки из пластилина

Поделки из природного материала детям: осенние падающие звезды

Для одной звезды вам понадобится:

— 10 длинных стебельков от листьев (в данном случае стебли от листьев каштана)

— проволока или разноцветные нитки

— украшения (небольшие листья, веточки ягод)

1. Чтобы сделать один элемент звезды, соедините два стебелька для прочности. Скрепите их между собой проволокой или ниткой. У вас получилась одна заготовка (элемент звезды).

2. Начните собирать звезду, проводя каждый ее элемент над и под двумя другими пересекающими его заготовками (см. изображение).

3. Начните украшать звезду, привязывая к ней веточки ягод, листья и другие украшения.

* Эти звезды можно использовать для украшения дома, дачи, коридора, веранды и т.д.

Читайте также: Делаем поделки своими руками: фото, схемы, инструкции

Детские поделки из природного материала: маска из листьев

Вам понадобится:

— листья разных размеров и цветов

— картон (можно использовать коробку от хлопьев, например)

— крепкая нить или резинка

— ножницы

— клей ПВА или «Момент»

1. Нарисуйте на картоне маску и вырежьте ее.

2. Проверьте, где будут глаза, и сделайте нужные отверстия в бумаге.

3. По краям маски сделайте небольшие отверстия (можно степлером) и привяжите нить или резинку, чтобы маска держалась на голове.

4. С помощью клея начните прикреплять к маске различные опавшие листья. Стоит начать с больших листьев по краям и медленно покрывать маску, заканчивая маленькими листьями ближе в середине маски.

Читайте также: Детские поделки для детского сада

Природные поделки осенью: коллаж

Вам понадобится:

— засохшие тонки ветки (в данном случае виноградная лоза)

— нить разных цветов

— украшения (листья, цветы)

1. Из веточек сделайте круг, как показано на изображении. Можете закреплять конструкцию нитками или проволокой.

2. Цветной ниткой начните обматывать круг из веток, чтобы получилась «паутина». В конце завяжите нить крепко на узел.

* Нитку можете оборачивать, как вам больше нравится.

3. Можете украшать круглую рамку листьями (вставьте их между нитями паутины) и другим природным материалом.

Поделки из природного материала осенью: монстрики из шишек (фото инструкция)

Композиции из природного материала: осенняя корона

Вам понадобится:

— клейкая лента

— картон или плотная бумага

— ножницы

— листья разных цветов и другие природные материалы, которые могут украсить корону

1. Измерьте окружность головы будущего короля или королевы. Используйте эти данные (добавив еще несколько сантиметров), чтобы вырезать из картона полоску шириной 5 см.

* Можете вырезать несколько полосок и склеить их, если одного листа картона не достаточно.

2. Из другого картона вырежьте еще одну полоску, но в этот раз вырезайте одну ее сторону зигзагом.

3. Отрежьте кусок клейкой ленты такой же длины, что и картонная полоска и положите его на ровную поверхность клейкой частью вверх.

4. К верхней половине клейкой ленты (чуть выше середины ленты) приклейте одну картонную полоску, а к нижней (чуть ниже середины ленты) зубчатую часть. Посередине у вас останется непокрытая часть клейкой ленты.

Именно к непокрытой части можно приклеить различные природные материалы.

* В качестве альтернативы (если вы покрыли всю клейкую ленту), можете использовать клей «Момент» (или ПВА) или еще одну полоску клейкой ленты, которой будете закреплять к короне украшения в виде природных материалов.

Поделки из природного материала в детском саду: пальчиковые куклы

Вам понадобятся:

— картонные цилиндры (от туалетной бумаги или бумажных полотенец)

— тонкие веточки или тонкий ершик

— цветная бумага (при желании)

— листья

— пластмассовые глазки или пластилин

— пуговицы или маленькие камушки

— ножницы

— клей-карандаш

— клей ПВА

1. Начните ровно приклеивать листок к одному из концов картонной трубки.

* Если хотите, можете обклеить сначала картонный цилиндр цветной бумагой, а можете сделать оба варианта — без цветной бумаги и с ней.

2. Небольшие веточки приклейте по бокам — они будут играть роль рук.

3. Приклейте пуговицы или камушки вдоль цилиндра.

4. Приклейте глазки или сделайте их из пластилина и добавьте к картонному цилиндру.

Детские осенние поделки: паук из шишки

Вам понадобится:

— шишка

— 4 веточки, напоминающие лапки паука или 4 части тонкого ершика

— пластилин (для изготовления глаз) или пластиковые глазки

— клей «Момент» (суперклей)

— нить, чтобы повесить паука.

1. Используйте 4 ершика, чтобы сделать лапки — проденьте каждый до середины и согните так, чтобы с обеих сторон концы ершиков напоминали лапки паука.

2. Добавьте глазки — делать это легче в нижней части шишки, так, где она не распущена.

3. Привяжите ниточку и повесьте где-нибудь для красоты.

Осенние поделки своими руками: звезды из веточек

Вам понадобится:

— веточки одинаковой длины и диаметра

— рафия (или просто яркие тканевые или бумажные ленты)

— суперклей (или клеевой пистолет с горячим клеем)

— акриловая краска или гуашь (при желании)

1. Соберите в лесу веточек и обрежьте их, чтобы они имели одинаковую длину. Вам нужно 5 штук.

2. Сформируйте из веточек звезду.

* При желании можете покрасить палочки белой акриловой краской или гуашью.

3. Возьмите рафию или ленты и соедините ветки, чтобы получить полноценную звезду.

4. Чтобы сделать звезду красивее, можете обернуть ее рафией или яркими лентами.

Что еще можно сделать из природного материала (фото)

Идеи и пошаговые мастер-классы с фото поделок из мха и природных материалов

Использование натуральных материалов при украшении дома актуально всегда, независимо от моды и дизайнерских решений. Деревянные предметы декора, панно из сухоцветов, поделки из мха и других материалов смотрятся гармонично в интерьере независимо от стиля, будь то хайтек либо прованс. А изготовление элементов декора собственными руками позволяет не только существенно сэкономить, но и украсить дом оригинально.

Какие материалы использовать для поделок

Для поделок используются различные подручные и подножные материалы: высушенные цветы, ягоды и фрукты, различные виды мхов, ветви, лоза, орехи и шишки, желуди, маленькие пни и многое другое.

Где брать

Со сбором необходимых материалов для творчества все просто: следует оглянуться вокруг и немножко запастись терпением.

Несложные варианты:

1. Возможно, по пути на работу растет огромный и незамеченный каштан.
2. Подарили букет цветов, а он уже завял? В таком случае его можно разобрать и засушить цветы.
3. Также можно высушить подпорченные ягоды и фрукты в духовке на низкотемпературном режиме.
4. Или же можно организовать прогулку в лес или парк с друзьями и детьми, и помимо приятного времяпровождения запастись ветками и шишками.
5. И, в крайнем случае, сейчас во флористических магазинах можно найти не только готовые композиции, но и необходимые материалы, например декоративный мох.

И что из них сделать

Варианты применения собранного материала ограничены лишь фантазией, ну и в некоторых случаях функциональностью, например, вряд ли представится возможным сделать из кленовых листьев и белого клея вазу для цветов. Однако если вовнутрь поместить пластиковую емкость, то проблема протечки воды будет решена.

Идеи:

1. Рамки для фотографий, картин, панно или зеркал. Для декора рамок отлично подходят желуди, каштаны, шишки, веточки, галька, сухоцветы, сушеные фрукты, береста.
2. Вазы для цветов можно декорировать ветвями, распиленными брусочками дерева, маленькими камешками, кофейными зернами.
3. Праздничные венки. Венки для дверей к праздникам смастерить можно практически из любого материала, от еловых ветвей до яичной скорлупы. Здорово смотрятся пасхальные венки, изготовленные из грубых ветвей в сочетании с нежным кружевом.
4. Букеты. Разного рода композиции составляют из еловых ветвей, вербы, сухоцветов, шишек и сушеных ягод, физалиса, плодов шиповника, высушенной гортензии, колосков пшеницы и многого другого. В этом случае на выбор влияет сезонность.
5. Топиарии. Для изготовления декоративных деревьев в горшках чаще используется мох, высушенные цветы и травы, веточки и шишки.
6. Кухонная утварь. Некоторые виды посуды, например, корзины для фруктов можно смастерить из лозы и веток. Также красиво смотрятся обычные банки для консервации, к крышкам которых приклеены мелкие шишки или шапочки желудей и окрашены акриловыми металлическими красками, используемые в качестве емкостей для сыпучих продуктов.

Изготовление поделок из природных материалов своими силами позволяет широко развернуться фантазии и творческому потенциалу и взрослых, и детей.

Поделки для детей

Зачастую фраза нужна поделка в сад вызывает у родителей нервный тик. Однако если отнестись к заданию с азартом, оно станет прекрасным поводом увлекательно провести время. Так, сбор материалов станет настоящим квестом для ребенка на прогулке, а изготовление — творческой игрой.

Что понадобится

Для детских поделок чаще всего используются шишки, желуди, хвойные веточки, тыквенные семечки, крупы, веточки и палочки, высушенные цветы и листья, папоротник.

Вспомогательные инструменты

В качестве вспомогательного материала используется пластилин, белый клей, иголочки и скрепки, цветная бумага, фетр, спички.

Что получится

Идеи для поделок, как правило, задаются воспитателем, но они всегда очень обширны, и родителям приходится немного поломать голову над тем, что же склеить из листьев на тему Золотая осень. Ниже представлены несколько идей для детских поделок.

Идеи:

• ежик, елочка, мишка или петух из шишек,
• домик из картона, обклеенного камешками, с крышей из сухих листьев,
• домик из тыквы,
• горшочек с искусственным цветком из подножного материала,
• олени, человечки, гусеницы и различные животные из желудей и спичек,
• различного рода аппликации,
• елка из шишек,
• паучок на паутине из веточек и желудей,
• корзинка из пластилина и веточек с фруктами из раскрашенных камешков,
• сова из шишки и ваты,
• гусеница из пластилина и каштанов,
• динозавр из шишки и пластилина,
• панно с изображением дерева, где использованы окрашенные тыквенные семечки в качестве листвы,
• витражи из сухих листьев, ПВА и веточек,
• аквариум из окрашенной картонной коробки с рыбками из листьев на ниточках,
• различные зверюшки с каркасом из газет, оклеенные мхом.

При выборе не стоит ограничиваться только природным материалом для развития детской фантазии. Так, если малышу предложить подумать, из чего сделать песочек в картонном аквариуме, можно вместе найти нестандартное решение, например приклеить манку, соль или овсяные хлопья.

Изделия из мха

Мох является весьма практичным материалом для творчества, он легко приклеивается и не требует особых усилий при подготовке. При сборе и сушке следует придерживаться следующих рекомендаций.

Как собирать и сушить:

1. Собирать растения лучше с камней, стволов деревьев и пней при помощи шпателя или лопатки.
2. Наличие посторонних растений затруднит последующую обработку.
3. Сушить нужно на солнце в течение недели.
4. До и после сушки растения следует отряхнуть от лишней почвы.
5. Высушенный мох при желании можно окрасить красками для ткани.

Также при сборе следует не снимать полностью понравившееся растение, а оставить маленький кусочек. Таким образом оставшаяся корневая система разрастется снова, и будет известно, где искать материал в следующий раз.

Мастер-классы

Ниже представлены пошаговые инструкции по изготовлению топиария, мохового медвежонка, домика, гербария, цветочной композиции и панно из различных натуральных элементов.

Топиарий

При изготовлении топиариев мох чаще всего используется в качестве покрытия при имитации травки возле ствола, а также декорируется крона деревца.

Понадобится:

• шар из пенопласта, скомканной фольги или бумаги,
• клеевой пистолет,
• ветка,
• мох,
• галька, песок или еще кусок пенопласта для основания,
• металлическое ведерко или горшок,
• красивая и крепкая нить, подойдет также кружево или камея.

Ход работы:

Подготовка. На начальном этапе подготовленный шар необходимо оклеить мхом и перемотать нитью. Ветка обрезается до нужной длины.

Далее крона будущего топиария насаживается на ветку и фиксируется при помощи клея.

Горшок заполняется камнями либо песком. Также для качественной устойчивой фиксации дерева можно взять пенопласт. Для этого необходимо вырезать кусок пенопласта по форме емкости и вставить в него ствол — в заранее подготовленное отверстие. Для надежности заполнить возможные щели горячим клеем.

Топиарий готов. Украсить такое деревце можно любым материалом при желании.

Композиция с цветами к 8 марта

С использованием мха можно составлять различные цветочные композиции, например, флорариумы. Это такой мини-сад в стеклянной емкости, подвесные кашпо и букеты в корзинах. В этом случае удобно использовать для увлажнения специальный пористый материал — пиафлору — в качестве основы.

Следующий мастер-класс описывает изготовление весенней композиции из бересты, веточек и ирисов, которая станет отличным подарком к 8 марта. Ирисы можно заменить нарциссами, ландышами, тюльпанами или мимозой — любыми нежными цветами.

Понадобится:

• ирисы,
• веточки березы,
• статица,
• мох,
• илекс,
• береста,
• пиафлора,
• ножницы,
• клей,
• коробка,
• пленка.

Ход работы:

В начале необходимо обклеить коробку мхом и берестой.

Внутрь коробки укладывается пиафлора, обернутая пленкой со всех сторон, кроме верхней части, где будут помещены цветы. Теперь можно приступать к сбору композиции. Первыми вставляются березовые веточки и илекс.

Далее размещаются цветы. Поверхность пиафлоры прикрывается мхом.

Последний этап: украшение композиции кусочками бересты. Готово!

Мишка

Такой мишка станет отличным подарком.

Понадобится:

• газеты,
• мох зеленый и коричневый,
• пищевая пленка,
• игла и нить,
• клей,
• пуговицы для глаз и носа или носик и глазки для игрушек,
• лента,
• ножницы.

Ход работы:

В начале необходимо смастерить каркас для будущего медведя. Для этого необходимо скомкать из бумаги шар и приплюснуть его, чтобы получился овал. Это будет туловище. Далее заготовка перематывается пищевой пленкой, чтобы игрушка держала форму. Таким же образом изготавливаются 4 лапы, две побольше и две поменьше. Самым сложным будет скатать голову, так как необходимо вылепить вытянутую мордочку. Ушки делаются из маленьких комочков.

Следующим этапом будет сборка каркаса при помощи нитки и иголки. Для этого нужно сначала пришить ушки к голове, а лапки — к туловищу. В конце голова пришивается к туловищу. Надежнее прокалывать иглой не только пленку, но и газету, а также перемотать места крепления тонким скотчем.

Теперь мишку можно обклеить мхом. На ушках и нижних лапках приклеивается растение коричневого цвета. Для надежности всю игрушку нужно перемотать зеленой нитью.

На последнем этапе остается приклеить глазки, нос и бант из ленты. Моховой медвежонок готов!

Домик

Такую композицию можно смастерить вместе с ребенком в садик, использовать как украшение, а также как сенсорную коробку для самых маленьких.

Понадобится:

• пластиковый горшок для основы дома,
• маленькие камни, галька,
• декоративные щепки,
• картон,
• деревянные шпажки или зубочистки,
• бечевка или толстая нить,
• коричневый маркер,
• декоративные грибочки, ракушки, шишки, шарики из войлока,
• мох,
• термопистолет,
• корзинка, но необязательно, можно использовать пластиковую или картонную коробку, предварительно украшенную щепками и мхом.

Ход работы:

Изготовление домика. Для этого нужно прорезать отверстия в пластиковом горшке там, где планируется размещение окон и дверей. В качестве основы можно взять картонный короб или пластиковую бутылку, но с горшком работать удобнее. Затем заготовка оклеивается камешками при помощи горячего клея.

Оклеивать удобнее вначале оконные и дверные отверстия, а затем — выкладывать камни снизу вверх.

Далее из картонного листа формируется крыша домика. Черепица на крыше имитируется при помощи декоративной щепки.

Когда домик готов, можно приступать к созданию забора. Для этого нужно окрасить зубочистки или шпажки коричневым маркером и перемотать их нитью, как лесенку.

Теперь можно приступать к декорированию корзины (или коробки — в зависимости от выбора). Дно корзины усыпается песком или камнями для придания устойчивости и рельефности, а затем устилается мхом для имитации пушистой зеленой травки. В выбранное место вставляется домик, а затем остальные декоративные элементы: забор, грибочки, войлочные шарики (в качестве ягод), галька (имитирующая дорожку), ракушки и шишки.

В конце останется заполнить пустоты в чешуйках крыши домика. Готово!

Гербарий

Растения для гербария лучше собирать в сухую погоду, а сушить под прессом, обернув предварительно пористой бумагой, например, акварельной. Сушка займет примерно неделю, для ускорения процесса рекомендуется раз или два заменить бумагу. Также растения можно высушить при помощи вощеной бумаги и утюга, так сушка пройдет быстрее, а листья станут крепче.

Для дальнейшего хранения растений можно приобрести специальный альбом или использовать блокнот из крафтовой бумаги. Также милым и лаконичным будет смотреться гербарий из обычной тетрадки. Для этого нужно будет выбрать тетрадь с подходящей картинкой на обложке.

Закрепить растения декоративным скотчем и красиво подписать.

Деревья-бонсай

Выращивание маленького деревца-бонсай в домашних условиях требует времени и терпения, но можно немножко схитрить и изготовить искусственный бонсай из коряги, который будет выглядеть почти как настоящий.

Необходимые материалы:

• коряга,
• мох лучше купить стабилизированный, то есть обработанный глицерином, или сделать такой самому,
• можжевельник, также обработанный глицерином,
• дрель,
• клеевой пистолет,
• горшок,
• гипс.

Ход работы:

Подготовка ствола. В коряге просверливаются отверстия для веточек можжевельника, диаметр сверл подбирается по размеру корешков.

Установка коряги в горшке. Для этого сухой гипс размешивается в отдельной емкости до сметанообразной консистенции, а коряга фиксируется в горшке удобным способом. Далее горшок наполняется гипсом и оставляется до момента полного застывания.

На этом этапе можно, при желании, обмазать гипсом ствол будущего деревца для придания большей фактурности, но после ствол необходимо будет покрасить.

Формирование кроны. Можжевеловые ветви вставляются в подготовленные отверстия и фиксируются горячим клеем.

Декор основания. Гипс укрывается мхом при помощи клея.

Искусственное деревце-бонсай готово!

Панно

При помощи мха разного оттенка можно составить разнообразные сюжетные картины, но и при использовании растения одного цвета получаются весьма оригинальные живые украшения. Лучше использовать стабилизированный мох, он не будет осыпаться, и его легко приклеить.

Необходимые материалы:

• основа для будущего панно (доска ДСП, пластиковый широкий контейнер или пробковая основа),
• клеевой пистолет,
• стабилизированный мох (3 кг на метр).

Изготавливается такое панно просто: необходимо приклеить растение к основе.

На пробковой основе панно будет выглядеть так:

Мох и шишки

Мох и шишки прекрасно сочетаются между собой и с другими природными материалами. Ниже представлены идеи природного творчества, а точнее, что можно сделать из шишек и мха.

При помощи подручного материала и горячего клея можно смастерить вот такой шишечный кактус.

Используя шишки, желуди, каштаны, грецкие орехи и бечевку, можно изготовить стильный венок. В качестве основы лучше использовать кольцо из пенопласта.

Также использование природных материалов является хорошим решением для декора различной утвари.

Мох и шишки подходят для экспериментов с различными видами топиариев.

Ну и конечно же, для детских поделок!

Украшение интерьера природными материалами

Дизайнеры часто прибегают к украшению интерьера изделиями из природных материалов, делая квартиры уютными и оригинальными.

Мох в интерьере

Использование мха позволяет превратить ванную комнату в настоящий сад.

Использование окрашенного растения позволяет причудливо украсить подоконники и полки.

И создать различные предметы декора.

Осенние идеи

Словосочетание осенняя поделка всегда ассоциируется с кленовыми листьями, и это оправданно, так как декорирование дома листвой приносит неповторимое ощущение уюта и неудержимое желание нырнуть под плед с чашкой какао.

Рождественский венок

Декоративными венками обычно украшаются входные двери и стены гостиной комнаты. Ниже приведен мастер-класс по изготовлению венка, используемого в качестве украшения праздничного стола.

Понадобится:

• основа для венка из сена, веток или прутьев, пенопласта и т. д.,
• сушеный мох,
• сушеные плоды (рябина, шиповник, яблоко, перчик чили, цитрусовые — подойдет все, что имеется в наличии),
• свечи,
• клеевой пистолет,
• ножницы.

В качестве дополнительного декора можно использовать ленты, бечевку, камею и кружево.

Ход работы:

Основа плотно оклеивается мхом. Необходимо оставить углубления в местах, где предполагается размещение свечей. На этом же этапе венок перекручивается лентами или кружевом при желании.

К основе приклеиваются свечи.

Далее необходимо приклеить сушеные заготовки. Венок готов!

Пасха

Венком из мха также можно украсить дверь и на Пасху, только в качестве украшающих элементов следует использовать декоративные яйца, фигурки птичек или зайчиков. Можно также использовать и настоящую яичную скорлупу. Для этого нужно будет опустошить перепелиные или маленькие куриные яйца, проделав небольшое отверстие сбоку, на месте будущего крепления к композиции, и хорошо просушить.

Необходимые материалы:

• основа для венка из прутьев,
• мох,
• сплетенное гнездо из веточек или виноградной лозы,
• бечевка,
• фигурки птичек,
• аэрозольная краска,
• клеевой пистолет,
• темно-коричневая декоративная рафия,
• коричневая акриловая краска или гуашь.

Ход работы:

Сначала необходимо покрасить заготовки яиц. В данном мастер-классе используются декоративные пластиковые заготовки, продающиеся в крупных флористических магазинах. Использовать также можно яйца из войлока, главным критерием в выборе материала является легкость. Для венка понадобятся 30-36 заготовок. Окрашивание производится аэрозольной краской пастельных тонов. Слой краски должен получиться плотным, поэтому при необходимости процедура повторяется. Заготовки окрашиваются в три цвета — равное количество каждого.

После того как краска высохнет, наносятся крапинки коричневой краской. Точки следует наносить неравномерно и разного размера, так яйца будут выглядеть естественнее.

Далее яйца оклеиваются бечевкой посередине, таким образом скроется шов заготовок и будет удобнее приклеить заготовку к основе. Вместо бечевки можно использовать узорчатую ленту, так венок будет смотреться наряднее.

Следующим этапом является декорирование основы. Для этого следует использовать горячий клей, а также нить, подходящую под цвет основы. Мох крепится неравномерно, особенно плотно следует оклеить периметр основы и оставить места для будущего крепления яиц.

Далее при помощи проволоки прикрепляются к основе сплетенное заранее гнездо и птички.

Теперь можно приклеивать яйца. Цвет заготовок следует чередовать, но не слишком схематично. В завершение венок можно перемотать темной лентой рафии, которая подчеркнет цвет основы. Венок готов!

Еще несколько идей

И еще несколько идей по использованию природных материалов для поделок.

Маленькие поклонники мультфильма Маша и Медведь будут в восторге.

Панно из разных видов мха и папоротника.

Еще одна идея искусственного цветка.

Вариант элемента декора для интерьеров в стиле хайтэк или лофт.

Такая разновидность размещения цветов в сферах из почвы и торфа называется кокедама.

Видео

В этом видеоролике можно посмотреть подробный мастер-класс по изготовлению кокедамы в домашних условиях.

Новый искусственный шелк паука: прочнее стали и на 98% воды | Инновация

Шелк скромного паука обладает довольно впечатляющими свойствами. Это один из самых прочных материалов в природе, он прочнее стали и прочнее кевлара. Его можно растянуть в несколько раз, прежде чем он сломается.По этим причинам копирование паучьего шелка в лаборатории на протяжении десятилетий было одержимостью ученых-материаловедов.

Теперь исследователи из Кембриджского университета создали новый материал, имитирующий прочность, эластичность и способность поглощать энергию паучьего шелка. Этот материал дает возможность улучшить продукцию от велосипедных шлемов до парашютов и пуленепробиваемых курток и крыльев самолетов. Пожалуй, самое впечатляющее его свойство? На 98 процентов это вода.

«Пауки — интересные модели, потому что они могут производить эти превосходные шелковые волокна при комнатной температуре с использованием воды в качестве растворителя», — говорит Даршил Шах, инженер Кембриджского центра инноваций в области природных материалов.«Эти технологические пауки развивались на протяжении сотен миллионов лет, но мы пока не можем копировать».

Изготовленные в лаборатории волокна созданы из материала, называемого гидрогелем, который состоит на 98 процентов из воды и на 2 процента из диоксида кремния и целлюлозы, последние два удерживаются вместе кукурбитурилами, молекулами, которые служат «наручниками». Волокна диоксида кремния и целлюлозы можно извлечь из гидрогеля. Примерно через 30 секунд вода испаряется, оставляя только прочную эластичную нить.

Волокна чрезвычайно прочные — хотя и не такие прочные, как самые прочные паучьи шелка — и, что важно, их можно изготавливать при комнатной температуре без использования химических растворителей.Это означает, что, если их можно производить в больших масштабах, они имеют преимущество перед другими синтетическими волокнами, такими как нейлон, прядение которых требует чрезвычайно высоких температур, что делает текстильное производство одной из самых грязных отраслей в мире. Искусственный паучий шелк также полностью биоразлагаем. А поскольку он сделан из обычных и легко доступных материалов — в основном воды, кремнезема и целлюлозы, — он потенциально может быть доступным.

Поскольку материал может поглощать очень много энергии, он потенциально может использоваться в качестве защитной ткани.

«Паукам нужна эта поглощающая способность, потому что, когда птица или муха ударяются об их паутину, они должны быть в состоянии ее поглотить, иначе она порвется», — говорит Шах. «Так что такие вещи, как устойчивая к осколкам или другая защитная военная одежда, это было бы захватывающим применением».

Другие потенциальные области применения включают парусную ткань, ткань для парашютов, материал для воздушных шаров, а также шлемы для велосипедистов и скейтбордов. Материал является биосовместимым, а это значит, что его можно использовать внутри человеческого тела для таких вещей, как швы.

Волокна также можно модифицировать разными интересными способами, — говорит Шах. Замена целлюлозы различными полимерами может превратить шелк в совершенно другой материал. Базовый метод может быть воспроизведен для производства низкотемпературных и не требующих использования химических растворителей версий многих тканей.

«Это общий метод изготовления всех волокон, чтобы сделать любую форму [искусственного] волокна зеленым», — говорит Шах.

Шах и его команда — далеко не единственные ученые, работающие над созданием искусственного паучьего шелка.В отличие от шелковичных червей, которых можно выращивать для получения шелка, пауки — каннибалы, которые не терпят близкого расстояния, необходимого для ведения сельского хозяйства, поэтому обращение в лабораторию — единственный способ получить значительное количество материала. Каждые несколько лет появляются заголовки о новых успехах в этом процессе. Немецкая команда модифицировала бактерии E-coli для производства молекул паучьего шелка. Ученые из Университета штата Юта вывели генетически модифицированных «паучьих коз» для производства шелковых белков в их молоке. Армия США испытывает «драконий шелк», произведенный из модифицированных шелкопрядов, для использования в пуленепробиваемых жилетах.Ранее в этом году исследователи из Каролинского института в Швеции опубликовали статью о новом методе использования бактерий для производства белков паучьего шелка потенциально устойчивым и масштабируемым способом. Этой весной калифорнийский стартап Bolt Threads представил галстуки из биоинженерного паучьего шелка на фестивале SXSW. Их продукт производится в процессе дрожжевого брожения, в ходе которого производятся протеины шелка, которые затем проходят процесс экструзии, превращаясь в волокна. Это достаточно многообещающе, чтобы наладить партнерские отношения с производителем наружной одежды Patagonia.

Но, как указывает история Wired за 2015 год, «до сих пор каждая группа, которая пыталась произвести достаточно материала, чтобы вывести его на массовый рынок, от исследователей до гигантских корпораций, в значительной степени потерпела неудачу».

Это вызов, с которым сейчас сталкиваются Шах и его команда.

«В настоящее время мы производим около нескольких десятков миллиграммов этих материалов, а затем вытягиваем из них волокна», — говорит он. «Но мы хотим попробовать сделать это в гораздо большем масштабе».

Для этого команда работает над роботизированным устройством, которое будет вытягивать и вращать волокна быстрее и в большем масштабе, чем раньше.По словам Шах, они добились определенного успеха и продолжают исследовать этот процесс.

«Мы все еще находимся на начальной стадии исследований», — говорит он.

Выводы группы недавно были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

Рекомендованные видео

Как прядить синтетический паучий шелк

В комиксах Человек-паук по своему желанию швыряет свой паучий шелк.В реальной жизни сделать искусственный — или синтетический — шелк паука не так просто. Но теперь исследователи нашли способ сделать гибкие, но сверхпрочные пряди.

«Теперь мы можем делать это так же, как это делают пауки», — говорит Анна Райзинг.

Она работает в Шведском университете сельскохозяйственных наук в Упсале и Каролинском институте в Стокгольме, Швеция.Как медицинский биохимик, она изучает важные химические процессы в живых организмах. Изначально Райз стал ветеринаром. Затем она заинтересовалась проблемой создания синтетического паучьего шелка. Это могло быть большим подспорьем для медицины, производства и даже для изготовления снаряжения для защиты солдат.

Rising объединился с Яном Йоханссоном, другим медицинским биохимиком из этих школ. Белки паучьего шелка интересовали его из-за его работы по болезни Альцгеймера. При этой болезни в мозгу скапливается белок.Эти комки блокируют нормальные функции мозга и повреждают нервные клетки. И то, как белки соединяются, в обоих случаях похоже.

Идея нового процесса возникла, когда ученые изучали естественные способности пауков.

Каждая молекула белка паучьего шелка похожа на длинную цепь из трех основных частей. В самой длинной части есть сегменты, которые повторяются снова и снова (так называемые «повторы»). Если вы посмотрите на эту длинную часть под мощным микроскопом, она будет выглядеть как башни из сложенных друг на друга блоков Lego, соединенных пружинами, — объясняет Рэнди Льюис.Он биохимик из Университета штата Юта в Логане и не работал над проектом. Он отмечает, что области стека Lego обеспечивают силу. Пружинные секции придают материалу эластичность или растяжение.

Отдельная часть белка шелка паука находится в начале этой длинной части. Другая часть прикрепляется к концу. Белки шелка могут сцепляться друг с другом при прядении шелка. Таким образом получаются длинные отрезки шелковых волокон.

У пауков в брюшной полости есть железы, содержащие белки, образующие шелк, в растворе на водной основе.Чтобы сделать синтетический паучий шелк, команде Райзинга потребовались строительные блоки, из которых можно было бы сформировать аналогичный исходный белок.

Восстание началось с сбора пауков-рыболовов из Южной Африки. (Их научное название — Euprosthenops australis ). Затем она, Йоханссон и другие исследователи изучили шелк паука и его гены. Исходя из этого, они выяснили, какая часть генетического кода паука будет производить шелковый белок. Чтобы сделать множество копий этих сегментов ДНК, они использовали процесс, называемый цепной реакцией полимеразы (Puh-LIM-ur-ace), или ПЦР.

Группа Райзинга и Йоханнссона затем поместила этот генетический материал в кусочки своей ДНК, которые легко проникнет в бактерии. Бактерии добавили эти кусочки в свою ДНК и теперь могли составлять части натурального шелка. Но была одна проблема. Небольшие количества, которые они сделали, не очень хорошо растворялись в воде.Это означало, что команда не сможет смешать его с раствором на водной основе, подобным тому, который содержится в шелковых железах пауков.

Между тем китайские исследователи проделали аналогичную работу с азиатским пауком Araneus ventricosus . Обе группы объединили усилия и разработали гибридный белок. Они выбрали те части пауков каждого вида, которые наиболее растворимы в воде. Начальная часть шла из шелка африканского паука. Конечная часть была от азиатского паука. Для середины исследователи использовали два повтора африканского паука.(Натуральный протеин шелка этого паука насчитывает около 100 таких повторов.)

Команда научила бактерии производить этот гибридный белок. Затем они приготовили раствор белка в воде, концентрированный до 50 процентов. Это похоже на концентрацию в паутинных железах.

Следующей была задача превратить белки в волокна. Когда паутина откачивает раствор, pH раствора падает. (Шкала pH измеряет, насколько кислый что-то.Чем ниже pH, тем он более кислый.) Группа Райзинга решила, что нужно сделать что-то подобное.

Чтобы имитировать то, как паучий шелк становится более кислым при прядении, новый процесс группы прокачивает раствор через тонкую трубку. Диаметр кончика трубки на конце сужается. Это превращает белковый раствор в струйную струю. Поток стекает в химический стакан с кислым раствором на водной основе.Когда струйный поток белка проходит через эту жидкость, ее pH падает. Затем отдельные белки соединяются. Это заставляет их выпадать из раствора в виде волокон. Полученную прядь синтетического шелка можно вынуть из стакана и намотать на катушку или карту.

Исследование группы опубликовано в выпуске 9 января Nature Chemical Biology .

Группе Льюиса в штате Юта уже удалось растворить белки паучьего шелка в воде.В 2015 году эти исследователи сообщили, что они сделали из них шелк другим методом. Однако уровень белка в этом растворе был намного ниже, чем у группы Райзинга.

Льюис отмечает, что протеин шелка, произведенный группой Райзинга и Йоханссона, имеет всего пару повторов. Он подозревает, что большее количество повторов в этом шелке укрепит пряди.

Йоханссон соглашается, что, возможно, было бы лучше иметь больше повторов.Более того, он считает, что важно также поддерживать высокую растворимость белка. И более короткий повторяющийся раздел, вероятно, помогает в этом. Но шелк, сделанный с их помощью, уже примерно на треть прочнее натурального паучьего шелка. Тем не менее, у него всего на два процента больше повторов, чем у южноафриканского паучьего шелка.

Новая работа важна, — говорит Льюис. «Это дает интересную возможность, возможно, значительно упростить процесс прядения». И, добавляет он, если это сработает для больших белков, «это, возможно, серьезный прогресс.”

В конце концов, выращивать пауков для сбора натурального шелка непрактично. Каждого из них нужно было выращивать поодиночке, иначе они могли съесть друг друга. И были бы другие проблемы.

У синтетического шелка может быть множество применений. «Паучий шелк обладает уникальным сочетанием прочности и эластичности», — отмечает Льюис. В медицине паучий шелк может работать как швы . Он может восстановить сухожилия. Это может помочь восстановить поврежденные нервы. Это может даже сформировать основу для выращивания замещающих тканей в лаборатории.

Для военных синтетический паучий шелк может использоваться в качестве защитного снаряжения. Например, прочные волокна могут помочь удерживать крошечные фрагменты взрывных устройств от проникновения на кожу и возникновения инфекций. В промышленности паучий шелк можно использовать для изготовления прочных и легких деталей самолетов или автомобилей. «Мы обнаружили, что вам даже не нужно использовать [шелк] для изготовления волокон», — говорит Льюис. Белки могут переходить в покрытия, гели, пленки или адгезивы.

Прежде чем этот синтетический шелк будет готов для массового производства, необходимо проделать еще большую работу.Тем не менее, спустя 13 лет Райзинг рада, что ее международная команда наконец нашла способ имитировать, как пауки прядут собственный шелк. «Это был один из проектов, где все в основном просто работает», — говорит она.

Это одна из серии новостей о технологиях и инновациях, которая стала возможной благодаря щедрой поддержке Фонда Лемельсона.

Механические свойства и анализ применения бионического материала паучьего шелка

Паучий шелк — это своего рода натуральный биоматериал с превосходными характеристиками.Его механические свойства и биосовместимость несравнимы с другими натуральными и искусственными материалами. В этой статье сначала обобщаются структура и характеристики натурального паучьего шелка. Это показывает большую исследовательскую ценность бионических материалов паучьего шелка и паучьего шелка. Затем рассматривается состояние разработки бионических материалов паучьего шелка с точки зрения механических свойств материала и применения. Часть характеристик материала в основном описывает биокомпозиты на основе белков паучьего шелка и волокон паучьего шелка, наноматериалы и материалы из искусственных волокон на основе паучьего шелка и структур паутины.Описываются принципы и характеристики новых материалов и их потенциальное применение в будущем. Кроме того, с точки зрения практического применения рассматривается последнее применение биомиметических материалов паучьего шелка в области медицины, текстиля и сенсоров, а также кратко представлены и проанализированы возможности, осуществимость и эффективность готовых продуктов. Наконец, рассматриваются направления исследований и будущие тенденции развития биомиметических материалов паучьего шелка.

Ссылки

(1) Sun JY, Liu C, Du HY, Tong J. Дизайн бионического авиационного материала на основе микроструктуры надкрылий жука. Int J Тепломассообмен. 2017; 114: 62–72. Искать в Google Scholar

(2) Yang YJ, Liu ZM, Hu B, Man YH, Wu WJ. Бионический композитный материал, моделирующий оптические спектры листьев растений. J Bionic Eng. 2010; 7: S43–9. Искать в Google Scholar

(3) Porter D, Guan J, Vollrath F. Шелк паука: суперматериал или тонкое волокно. Adv Mater.2013; 25: 1275–9. Искать в Google Scholar

(4) Тангавелу К., Паланисами Г. Экологические аспекты паучьего шелка. Chem Fibers Int. 2017; 67: 150–2. Искать в Google Scholar

(5) Thiel BL, Viney C, Jelinski LW. β простыни и паучий шелк. Наука. 1996; 273: 1477–80. Искать в Google Scholar

(6) Хайм М., Кирл Д., Шейбель Т. Шелк паука: от растворимого белка до необычных волокон. Angew Chem. 2009. 48: 3584–96. Искать в Google Scholar

(7) Клюге Ю.А., Работягова О., Лейск Г.Г., Каплан Д.Л.Паучьи шелка и их аппликации. Trends Biotechnol. 2008; 26: 244–51. Искать в Google Scholar

(8) Lewis RV. Паучий шелк: древние идеи новых биоматериалов. Chem Rev.2006; 106: 3762–74. Искать в Google Scholar

(9) Gu YQ, Yu SW, Mou JG, Wu DH, Zheng SH. Прогресс исследований совместного действия полимеров и поверхностно-активных веществ по снижению сопротивления сопротивлению. Материалы. 2020; 13: 444. Искать в Google Scholar

(10) Wolfgang AL. Биоматериалы: прочность и растяжимость паука.Nat Chem Biol. 2010; 6: 702–3. Искать в Google Scholar

(11) Альбертсон А.Е., Флоренс Т., Вебер В. Влияние различных условий растяжения после вращения на механические свойства волокон синтетического шелка паука. J Mech Biomed. 2014; 29: 225–34. Искать в Google Scholar

(12) Vollrath F, Knight DP. Жидкокристаллическое прядение паучьего шелка. Природа. 2001; 410: 541–8. Искать в Google Scholar

(13) He QS, Yu M, Dai Z. Адгезионные характеристики нового синтетического полидиметилсилоксана для бионических адгезионных подушечек.J Bionic Eng. 2014; 11: 371–7. Искать в Google Scholar

(14) Maria AC, Carlos VH. Исследование волокон паучьего шелка методом рамановской микроскопии. J. Anal Chem. 2018; 9: 529–45. Искать в Google Scholar

(15) Rising A, Nimmervoll H, Grip S, Fernandez-Arias A, Storckenfeldt E, Knight DP, et al. Белки паучьего шелка — механические свойства и последовательность генов. Zool Sci. 2005; 22: 273–81. Искать в Google Scholar

(16) Alan ME, Justin J, Randolph L, Jason CQ. Экономическая целесообразность и влияние на окружающую среду производства синтетического паучьего шелка из Escherichia coli.New Biotechnol. 2018; 42: 12–8. Искать в Google Scholar

(17) Кристина С., Андреас Л., Томас С. Рекомбинантные белки шелка паука для применения в биоматериалах. Macromol Biosci. 2010; 10: 998–1007. Искать в Google Scholar

(18) Лефевр Т., Руссо М.Э., Пезоле М. Вторичная структура и ориентация белка в шелке, выявленные с помощью спектромикроскопии комбинационного рассеяния. Биофиз Дж. 2007; 92: 2885–95. Искать в Google Scholar

(19) Rousseau ME, Hernandez D, Reid M, Pezolet M, Hitchcock AP.Микроструктура шелка драглайна паука Nephila clavipes изучена методом сканирующей просвечивающей рентгеновской микроскопии. J Am Chem Soc. 2007; 129: 3897–905. Искать в Google Scholar

(20) Lefevre T, Leclerc J, Buffeteau T, Rioux-Dube JF, Paquin MC, Rousseau ME, et al. Конформация белков паучьего шелка in situ в интактной большой ампульной железе и в растворе. Биомакромолекулы. 2007; 8: 2342–4. Искать в Google Scholar

(21) Пан З.Дж., Миура М., Морикава Х., Иваса М., Лю М. Морфология и микроструктура шелка драглайна паука из araneus ventricosus.J DongHua Univ. 2005; 22: 73–7. Искать в Google Scholar

(22) Lawrence BA, Vierra CA, Moore AMF. Молекулярные и механические свойства шелка больших ампул паука черной вдовы Latrodectus hesperus. Биомакромолекулы. 2004; 5: 689–95. Искать в Google Scholar

(23) Kim O-H, Yoon OJ, Lee HJ. Каркасы из фиброина шелка потенцируют иммуномодулирующую функцию мезенхимальных стромальных клеток человека. Biochem Biophys Res Commun. 2019; 519: 323–9. Искать в Google Scholar

(24) Smahish S, Kladdha S.Паучий шелк: чудо-материал. China Fiber Inspect. 2010. 4: 85–87. Искать в Google Scholar

(25) Meyer A, Pugno NM, Cranford SW. Податливые нити увеличивают прочность и прочность соединения паучьего шелка. Интерфейс J R Soc. 2014; 11: 20140561. Искать в Google Scholar

(26) Цзян К. Паучий шелк I: супер механические свойства. Mech Eng. 2013; 36: 117–9. Искать в Google Scholar

(27) Gu YQ, Yu LZ, Mou JG, Wu DH, Xu MS, Zhou PJ, et al. Стратегии исследований по разработке экологически безопасных противообрастающих покрытий для морских судов.Mar Drugs. 2020; 18: 371. Искать в Google Scholar

(28) Gosline JM, Guerette PA, Ortlepp CS, Savage KN. Механический дизайн паучьего шелка: от последовательности фиброина до механической функции. J Exp Biol. 1999; 202: 3295–303. Искать в Google Scholar

(29) Perera S, Egodage S, Walpalage S. Повышение механических свойств нанокомпозитов натуральный каучук и глина за счет включения силанированной органоглины в латекс натурального каучука. е-полимер. 2020; 20: 144–53. Искать в Google Scholar

(30) Kelly SP, Sensing A, Lorentz KA, Blackledge TA.Амортизирующая способность эволюционно сохраняется в радиальном шелке пауков-кругопрядчиков. Зоология. 2011; 114: 233–8. Искать в Google Scholar

(31) Elices M, Rez-Rigueiro J, Plaza G. Восстановление волокон паучьего шелка. J Appl Polym Sci. 2010; 92: 3537–41. Искать в Google Scholar

(32) Fuente R, Mendioroz A, Salazar A. Пересмотр исключительно высокой температуропроводности паучьего шелка. Mater Lett. 2014; 114: 1–3. Искать в Google Scholar

(33) Kuhbier JW, Allmeling C, Reimers K, Hillmer A, Kasper C, Menger B, et al.Взаимодействие паучьего шелка с клетками. PLoS One. 2010; 5: e12032. Искать в Google Scholar

(34) Gellynck K, Verdonk P, Forsynth R, Almqvist KF, Nimmen EV, Gheysens T, et al. Биосовместимость и биоразлагаемость шелка яиц паука. J Mater Sci. 2008; 19: 2963–70. Искать в Google Scholar

(35) Лю Ю., Споннер А., Портер Д., Воллрат Ф. Пролин и обработка паучьего шелка. Биомакромолекулы. 2007; 12: 1–6. Искать в Google Scholar

(36) Dianna T, Merri LC, Kelly H.Белковый и аминокислотный состав шелка початка черной вдовы. Biol Macro. 1999; 24: 103–8. Искать в Google Scholar

(37) Dong Z, Lewis RV, Middaugh CR. Молекулярный механизм эластичности паучьего шелка. Arch Biochem Biophys. 1991; 284: 53–7. Искать в Google Scholar

(38) Osaki S. Разумна ли механическая прочность драглайнов Spider как спасательный круг? Biol Macromol. 1999; 24: 283–7. Искать в Google Scholar

(39) Шао З., Фоллрат Ф., Сиричайзит Дж. Анализ паучьего шелка в нативном и сверхсжатом состояниях с помощью рамановской спектроскопии.Полимер. 1999; 40: 2493–500. Искать в Google Scholar

(40) Linke WA. Биоматериалы: прочность и растяжимость паука. Nat Chem Biol. 2010; 6: 702–3. Искать в Google Scholar

(41) Guinea GV, Elices M, Plaza GR, Perea GB, Daza R, Riekel C, et al. Незначительные ампулярные шелка пауков Nephila и Argiope: свойства при растяжении и микроструктурная характеристика. Биомакромолекулы. 2012; 13: 2087–98. Искать в Google Scholar

(42) Ayoub NA, Garb JE, Tinghitella RM, Colin MA, Hayashi CY.Чертеж высокоэффективного биоматериала: гены шелка драглайна в полный рост. PLoS One. 2007; 2: e514. Искать в Google Scholar

(43) Хагн Ф. Структурный взгляд на белки шелка пауков и их роль в сборке волокон. J Pept Sci. 2012; 18: 357–65. Искать в Google Scholar

(44) Cranford SW, Tarakanova A, Pugno NM, Buehler MJ. Нелинейное поведение материала паучьего шелка дает прочную паутину. Природа. 2012; 482: 72–6. Искать в Google Scholar

(45) Geurts P, Zhao L, Hsia Y, Gnesa E, Tang S, Jeffery F, et al.Волокна синтетического шелка паука прядут из грушевидного спидроина 2, протеина клеевого шелка, обнаруженного в прикрепляющих дисках паука плетения сфер. Биомакромолекулы. 2010; 11: 3495–503. Искать в Google Scholar

(46) Chen G, Zhang YL, Yang ZJ, Rising A. Полноразмерная последовательность гена спидроина минорной ампулы. PLoS One. 2012; 7: e52293. Искать в Google Scholar

(47) Perry DJ, Bittencourt D, Liberles JS, Rech EL, Lewis RV. Последовательности грушевидного паучьего шелка обнаруживают уникальные повторяющиеся элементы. Биомакромолекулы.2010. 11: 3000–6. Искать в Google Scholar

(48) Токарева О., Михальчехен-Ласерда В.А., Рех Е.Л., Каплан Д.Л., Рекомбинантная ДНК. производство белков паучьего шелка. Microb Biotechnol. 2013; 6: 651–63. Искать в Google Scholar

(49) Gronau G, Qin Z, Buehler MJ. Влияние хлорида натрия на структуру и стабильность N-концевого белкового домена паука. Biomater Sci. 2013; 1: 276–84. Искать в Google Scholar

(50) Young SL, Gupta M, Hanske C, Fery A, Scheibel T, Tsukruk VV.Использование конформационных изменений для формирования тонких пленок рекомбинантных белков шелка паука. Биомакромолекулы. 2012; 13: 3189–99. Искать в Google Scholar

(51) Dick C, Vollrath F, Kenney JM. Рефолдинг белка паучьего шелка контролируется изменением pH. Биомакромолекулы. 2004; 5: 704–10. Искать в Google Scholar

(52) Vollrath F, Knight DP. Жидкокристаллическое прядение паучьего шелка. Природа. 2001; 410: 541–48. Искать в Google Scholar

(53) Dicko C, Knight D, Kenney JM, Vollrath F.Вторичные структуры и конформационные изменения жгутиковых, цилиндрических, больших и малых ампулярных белков шелка. Влияние температуры и концентрации. Биомакромолекулы. 2004. 5: 2105–115. Искать в Google Scholar

(54) Шейбель Т. Шелк паука: рекомбинантный синтез, сборка, прядение и конструирование синтетических белков. Факт о микробной клетке. 2004; 3: 14. Искать в Google Scholar

(55) Гуан Дж., Фоллрат Ф., Портер Д. Два механизма сверхсжатия в шелке драглайна пауков нефила.Биомакромолекулы. 2011; 12: 4030–5. Искать в Google Scholar

(56) Gu Y, Xia K, Wu D, Mou J, Zheng S. Технические характеристики и механизм износостойкости нанопокрытий: обзор. Покрытия. 2020; 10: 233. Искать в Google Scholar

(57) Пежман М., Сесиля А., Кристофер П.Л., Олли И., Кристапс Дж., Вольфганг В. и др. Биомиметические композиты с повышенным упрочнением с использованием трехблочных протеинов на основе шелка и выровненных наноцеллюлозных волокон. Sci Adv. 2019; 5: 9–13. Искать в Google Scholar

(58) Tanveer A.Материалы на основе графена: недостающий элемент в наномедицине? Biochem Biophys Res Commun. 2018; 504: 686–9. Искать в Google Scholar

(59) Kartik B, Mithilesh Y, Fang-Chyou C, Kyong Y. Нанокомпозиты на основе смеси поли (винилиденфторида) и полиэтилена высокой плотности, армированные нанопластинками графена, с улучшенными тепловыми и электрическими свойствами. Наноматериалы. 2019; 9: 361. Искать в Google Scholar

(60) Luca V, Nicola P. Нанотрубки из сверхволоконных материалов. 2-е изд. Амстердам: Эльзевир; 2019.п. 431–43. Искать в Google Scholar

(61) Gu L, Jiang Y, Hu J. Структура и свойства материалов с эффектом памяти формы, вдохновленных паучьим шелком. Mater Today. 2019; 16: 1491–6. Искать в Google Scholar

(62) Liff SM, Kumar N, Mckinley GH. Высокоэффективные эластомерные нанокомпозиты путем обработки с заменой растворителя. Nat Mater. 2006; 6: 76–83. Искать в Google Scholar

(63) Zhang L, Zhao X. Углеродные материалы в качестве электродов суперконденсаторов. Chem Soc Rev.2009; 38: 2520–31.Искать в Google Scholar

(64) Саймон П., Гогоци Й., Данн Б. Где кончаются батареи и начинаются суперконденсаторы? Наука. 2014; 343: 1210–1. Искать в Google Scholar

(65) Song M, Wang XJ, Wu SZ, Qin Q, Yu GM, Liu ZZ, et al. Как затрудненные амины влияют на микроструктуру и механические свойства композитов из нитрилбутадиенового каучука. е-полимер. 2020; 20: 8–15. Искать в Google Scholar

(66) Саймон П., Гогоци Ю. Материалы для электрохимических конденсаторов. Nat Mater. 2008; 7: 845–54.Искать в Google Scholar

(67) Lobato B, Suarez L, Guardia L, Centeno TA. Емкость и поверхность атомов углерода в суперконденсаторах. Углерод. 2017; 6: 434–45. Искать в Google Scholar

(68) Ян Дж., Фан З, Сун В, Нин ГК, Вэй Т., Чжан Кью и др. Усовершенствованные асимметричные суперконденсаторы на основе Ni (OH) 2 / графена и пористых графеновых электродов с высокой плотностью энергии. Adv Funct Mater. 2012; 22: 2632–41. Искать в Google Scholar

(69) Frackowiak E, Beguin F. Углеродные материалы для электрохимического хранения энергии в конденсаторах.Углерод. 2001; 39: 937–50. Искать в Google Scholar

(70) Zhu S, Li J, Deng X, He C, Liu E, He F, et al. Синтез трехмерных сеток оксидов переходных металлов для анодов литий-ионных аккумуляторов на основе ультратонких нанолистов. Adv Funct Mater. 2017; 27: 1605017. Искать в Google Scholar

(71) Deng X, Zhu S, Li J, He F, Liu E, He CN, et al. Трехмерная углеродная сеть, вдохновленная биологией, с повышенной массообменной способностью для суперконденсаторов. Углерод. 2019; 143: 728–35. Искать в Google Scholar

(72) Pant HR, Bajgai MP, Nam KT, Chu KH, Park SJ, Kim HY.Формирование нановолокон из электропряденого олигомера нейлон-6 / метокси-поли (этиленгликоль) паук-волны. Mater Lett. 2010; 64: 2087–90. Искать в Google Scholar

(73) Gu L, Jiang Y, Hu J. Масштабируемые сверхпрочные волокна, похожие на паучий шелк, с использованием псевдопротеинового полимера. Adv Mater. 2019; 31: 1

1. Искать в Google Scholar

(74) Shah TV, Vasava DV. Обзор биоразлагаемых полимеров и их биомедицинских применений. е-полимер. 2020; 19: 385–410. Искать в Google Scholar

(75) Brook S, Todd B, Cheryl H.Шелк для улавливания пауков: влияние на характеристики исключительного биоматериала. J Exp Zool Часть A. 2007; 307: 654–666. Искать в Google Scholar

(76) Агнарссон И., Кунтнер М., Блэкледж Т. Биоразведка обнаруживает самый прочный биологический материал: необычный шелк гигантского речного паука. PLoS One. 2010; 5: 1–8. Искать в Google Scholar

(77) Schafer-Nolte F, Hennecke K, Reimers K, Schnabel R, Allmeling C, Vogt PM, et al. Биомеханика и биосовместимость тканых сеток из паучьего шелка во время ремоделирования в модели замены фасции грызунов.Ann Surg. 2014; 259: 781–92. Искать в Google Scholar

(78) Dastagir K, Dastagir N, Limbourg A, Reimers K, Straub S, Vogt PM. Построение искусственных кровеносных сосудов in vitro с использованием паучьего шелка в качестве поддерживающей матрицы. J Mech Behav Biomed. 2020; 101: 103436. Искать в Google Scholar

(79) Альбина РФ, Эмануэль М.Ф., Марсия Т.Р., Фернандо Дж. Р., Мануэла Э. Г., Изабель Б. Л. и др. Антимикробное покрытие паучьего шелка для предотвращения прикрепления бактерий к шелковым хирургическим швам. Acta Biomater. 2019; 99: 236–46.Искать в Google Scholar

(80) Litman T, Druley TE, Stein WD, Bates SE. От МЛУ к MXR: новое понимание систем множественной лекарственной устойчивости, их свойств и клинического значения. Cell Mol Life Sci. 2001. 58: 931–59. Искать в Google Scholar

(81) Laurent S, Forge D, Port M, Roch A, Robic C, Elst LV, et al. Магнитные наночастицы оксида железа: синтез, стабилизация, векторизация, физико-химические характеристики и биологические приложения. Chem Rev.2008; 108: 2064–110.Искать в Google Scholar

(82) Hildebrandt B, Wust P, Ahlers O, Dieing A, Sreenivasa G, Kerner T, et al. Клеточно-молекулярные основы гипертермии. Crit Rev Oncol Hematol. 2002; 43: 33–56. Искать в Google Scholar

(83) Kucharczyk K, Rybka JD, Hilgendorff M, Krupinski M, Slachcinski M, Mackiewicz A, et al. Композитные сферы из биоинженерного паучьего шелка и наночастиц оксида железа для применения в тераностике. PLoS One. 2019; 14: e0219790. Искать в Google Scholar

(84) Pant H, Bajgai MP, Yi C, Nirmala R, Nam KT, Baek W, et al.Влияние последовательного электропрядения и прочности водородной связи на морфологию электропряденых нановолокон нейлона-6. Colloids Surf A. 2010; 370: 87–94. Искать в Google Scholar

(85) Pant HR, Bajgai MP, Nam KT, Seo YA, Pandeya DR, Hong ST, et al. Электроспрядный мат из нановолокна, похожий на сетку из нейлона-6, содержащий наночастицы TiO2: многофункциональный нанокомпозитный текстильный материал. J Hazard Mater. 2011; 185: 124–30. Искать в Google Scholar

(86) Liu L, Huang Y, Li F, Ma Y, Li WB, Su M, et al.Графеновый тактильный сенсор с несколькими разрешениями и несколькими разрешениями. Chem Commun. 2018; 54: 4810–3. Искать в Google Scholar

(87) Liu Z, Zhang M, Zhang Y, Zhang YX, Liu KQ, Zhang JZ, et al. Датчик влажности на основе паучьего шелка. Opt Lett. 2019; 44: 2907–10. Искать в Google Scholar

(88) Miniaci M, Krushynska A, Movchan AB, Bosia F, Pugno NM. Акустические метаматериалы в стиле паутины. Appl Phys Lett. 2016; 109: 071905. Искать в Google Scholar

Ученые создали «жидкую проволоку», похожую на паутину.

Коснитесь паутины, и она станет липкой.Потяните за нить паутины, и она растянется в сорок раз своей длины и при отпускании вернется к своей исходной структуре без каких-либо изменений. Способность ткани оставаться натянутой, но при этом гибкой и липкой, проистекает из ее двойных твердых и жидких свойств, благодаря которым она получила название «захватывающий шелк».

Команда ученых из Оксфордского университета и французского Университета Пьера и Марии Кюри, вдохновленные паутиной, создали нечто, что они назвали «жидкой проволокой».Эта проволока, как паутина, сможет далеко тянуться и откатываться без заметного провисания.

Двойственность свойств возникает из-за того, что захватывающий шелк на самом деле является гибридным материалом, а это означает, что он состоит из двух разных композитных материалов. Гибридные материалы по своей природе прочнее обоих композитных материалов. Паутина состоит из основной нити, на которой подвешена капля клея. Клей служит ловушкой для мух и основой для отдачи.

При отпускании нить катится и упаковывается в каплю клея до тех пор, пока не восстановится натяжение нити. Пряди держатся ровно, а не провисают, что также предотвращает слипание капель клея. Таким образом, захватывающий шелк является твердым при растяжении и жидким при сжатии и имеет в десять раз большую прочность, чем натуральный или синтетический каучук.

Ученые смогли воссоздать этот эффект в лаборатории, используя капли масла на пластиковой нити. Было обнаружено, что капля позволяет нити сжиматься настолько, насколько это необходимо, чтобы оставаться натянутой:

Профессор Фриц Воллрат из Oxford Silk Group на факультете зоологии Оксфордского университета сказал:

«Тысячи крошечных капелек клея, которые покрывают захватывающую спираль паутины сферы, делают гораздо больше, чем просто делают шелк липким и ловят муху. Удивительно, но каждая капля в своей водянистой кожуре заключает в себе достаточно удара, чтобы наматывать нити. И это поведение лебедки используется для превосходного эффекта, чтобы нити всегда были плотными, что мы все можем наблюдать и тестировать на паутине в наших садах.”

Жидкий провод можно использовать в различных отраслях, от производства до телекоммуникаций, но на данный момент впечатляет, что ученые раскрыли секрет одного из самых удивительных материалов природы.

Запутанная паутина превращения паучьего шелка в суперматериал

Человек-паук — один из самых популярных супергероев всех времен. Это немного удивительно, учитывая, что одной из наиболее распространенных фобий является арахнофобия — изнурительный страх перед пауками.

Возможно, более фантастическим является то, что молодой Питер Паркер, умный школьный ботаник, по-видимому, в одночасье разработал знаменитые веб-шутеры и синтетический паучий шелк, который он использует, чтобы кататься по городскому пейзажу, как Тарзан через джунгли.

Это потому, что ученые десятилетиями пытались воспроизвести паучий шелк, материал, который в пять раз прочнее стали, среди множества его сверхспособностей. В последние годы исследователи распутали структуру белковых волокон до молекулярного уровня, что привело к новым открытиям и новым возможностям для возможного коммерческого использования.

Применение такого материала кажется почти бесконечным. Есть и более футуристические видения, например, задействование роботизированных «мускулов» для человеческих движений или ловушка реальных злодеев паутиной, подобной Человеку-пауку. Ближайшее применение может включать в себя биомедицинскую промышленность, такую ​​как бинты и клеи, а также в качестве замены текстиля для всего, от веревки до ремней безопасности и парашютов.

Прядение из синтетического паучьего шелка

Рэнди Льюис изучает свойства паучьего шелка и разрабатывает методы его синтетического производства более трех десятилетий.В 1990-х годах его исследовательская группа стояла за клонированием первого гена паучьего шелка, а также первой, кто идентифицировал и секвенировал белки, из которых состоят шесть разных шелков, которые производят паутины. Каждый из них имеет разные механические свойства.

«Итак, наш мыслительный процесс заключался в том, чтобы вы могли взять эту информацию и начать понимать, что делает их сильными и что делает их эластичными, и почему некоторые из них очень эластичны, а некоторые совсем не эластичны, а некоторые сильнее, а некоторые нет. слабее », — объяснил Льюис, профессор биологии в Университете штата Юта и директор лаборатории синтетического паучьего шелка, в интервью Singularity Hub .

Пауки по своей природе территориальны и каннибалисты, поэтому любое намерение выращивать шелк естественным образом, скорее всего, закончится оргией насилия паукообразных. Вместо этого Льюис и компания генетически модифицировали различные организмы для получения синтетического паучьего шелка, включая вставку пары генов, создающих паутину, в генетический код коз. Козье молоко содержит протеины паучьего шелка.

Лаборатория также производит синтетический паучий шелк путем ферментации, не совсем похожей на пивоварение, но с использованием генетически модифицированных бактерий для производства желаемых белков паучьего шелка.Подобный метод использовался в течение многих лет для получения ключевого фермента в производстве сыра. В последнее время компании используют трансгенные бактерии для производства белков мяса и молока, полностью минуя при этом животных.

Ту же технологию ферментации использует шикарный стартап Bolt Threads за пределами Сан-Франциско, который собрал более 200 миллионов долларов на модные волокна из синтетического паучьего шелка, которые он называет Microsilk. (Компания также разрабатывает второй кожевенный материал, Mylo, используя подземную корневую структуру грибов, известную как мицелий.)

Льюиса также использует трансгенных тутовых шелкопрядов для производства своего рода композитного материала, состоящего из белков собственного шелка одомашненных насекомых и белков шелка паука. «У них есть довольно впечатляющие свойства», — сказал Льюис.

Исследователи даже экспериментируют с генетически модифицированной люцерной. Одно из больших преимуществ заключается в том, что после экстракции белка паучьего шелка оставшийся белок может быть продан в качестве корма для скота. «Это значительно снизит стоимость производства протеина паучьего шелка», — сказал Льюис.

Создание лучшей сети

По словам Льюиса, производство синтетического паучьего шелка — не проблема, но возможность производить это в промышленных масштабах остается камнем преткновения.

Еще одна проблема — это «сплетение» синтетического паучьего шелка в пригодные к употреблению изделия, которые могут воспользоваться чудесными свойствами материала.

«Белки шелка можно производить синтетическим путем, но очень сложно собрать отдельные белки в волокна или другие материальные формы», — сказал Маркус Бюлер, глава Департамента гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института, в электронном письме по адресу: Центр Сингулярности .«У паука есть сложный прядильный канал, в котором белки шелка подвергаются действию физических сил, химических градиентов, комбинация которых генерирует сборку молекул, которая приводит к шелковым волокнам».

Бюлер недавно выступил соавтором статьи в журнале Science Advances , в которой было обнаружено, что шелк драглайнового паука проявляет различные свойства в ответ на изменения влажности, которые в конечном итоге могут найти применение в робототехнике.

В частности, паучий шелк внезапно сжимается и скручивается выше определенного уровня относительной влажности, оказывая достаточно силы, чтобы «потенциально конкурировать с другими материалами, исследуемыми в качестве исполнительных механизмов — устройствами, которые перемещаются для выполнения некоторых действий, таких как управление клапаном», согласно пресс-релиз.

Изучение паучьего шелка крупным планом

Недавние исследования на молекулярном уровне помогают ученым больше узнать об уникальных свойствах паучьего шелка, что может помочь исследователям в разработке материалов с исключительными возможностями.

Например, ученые из Университета штата Аризона использовали инструменты магнитного резонанса и другие инструменты для изображения брюшка паука черной вдовы. Они создали то, что они назвали первой моделью на молекулярном уровне образования волокон белка шелка паука, дающую представление о структуре наночастиц.Исследование было опубликовано в октябре прошлого года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

Также в 2018 году исследование, представленное в Nature Communications , описало своего рода молекулярный зажим, который связывает строительные блоки белка шелка, которые называются спидроинами. Исследователи впервые заметили, что зажим самособирается в два этапа, что способствует растяжимости или растяжимости паучьего шелка.

Другая группа исследователей поместила паучий шелк коричневого отшельника под атомно-силовой микроскоп и обнаружила, что каждая прядь, которая уже в 1000 раз тоньше человеческого волоса, состоит из тысяч нанонити. Это помогает объяснить его необычайную прочность на разрыв, хотя техника также играет важную роль, поскольку коричневый отшельник использует специальный метод петли для укрепления своих шелковых нитей. Исследование также появилось в прошлом году в журнале ACS Macro Letters .

Изготовление паучьей шелковой палочки

Бюлер сказал, что его команда сейчас пытается разработать более эффективные и быстрые методы прогнозирования для создания протеинов шелка с использованием искусственного интеллекта.

«Эти новые методы позволяют нам создавать новые конструкции белков, которые не существуют в природе и которые можно исследовать для оптимизации определенных желаемых свойств, таких как торсионное срабатывание, сила, биоактивность — например, тканевая инженерия — и другие», — сказал он.

Между тем лаборатория Льюиса открыла метод, позволяющий солюбилизировать белок шелка паука в растворе на водной основе, избегая кислот и других токсичных соединений, которые обычно используются в процессе.

Это позволяет исследователям разрабатывать материалы помимо волокон, в том числе клеи, которые «лучше, чем многие существующие в настоящее время коммерческие клеи», — сказал Льюис, а также покрытия, которые можно было бы использовать, например, для гашения вибраций.

«Мы делаем гели для различных видов регенерации тканей, а также для доставки лекарств и тому подобного», — добавил он. «Таким образом, мы расширили профиль использования с чего-то, помимо волокон, до гораздо более обширного портфеля возможных видов материалов.”

И да, в лаборатории синтетического паучьего шелка есть даже проекты для создания материала для перевязки паутины Человека-паука. ВМС США заинтересованы в неразрушающих способах вывести из строя вражеское судно, например, в загрязнении его винта. Проект также включает производство синтетических белков из миксины, похожего на угря существа, которое выделяет студенистую слизь при угрозе.

Льюис сказал, что, хотя потенциал паучьего шелка, безусловно, привлекает внимание, он предупредил, что большая часть шумихи не связана с уникальными механическими свойствами, которые могут привести к прогрессу в здравоохранении и других отраслях промышленности.

«Мы хотим видеть паучий шелк на рынке, потому что это уникальный материал, а не потому, что он имеет маркетинговую привлекательность», — сказал он.

Изображение предоставлено: mycteria / Shutterstock.com

1 миллион пауков делают золотой шелк для редкой ткани

Но чтобы создать ткань любого значительного размера, экспертам по шелку пришлось резко расширить свой проект. «Четырнадцать тысяч пауков дают около унции шелка, — сказал Годли, — а ткань весит около 2,6 фунта.Цифры сумасшедшие ».

Исследователей давно заинтриговали уникальные свойства паучьего шелка, который прочнее стали или кевлара, но гораздо более гибок, тянется до 40 процентов своей нормальной длины, не ломаясь. К сожалению, паучий шелк не ломается. чрезвычайно трудно производить в массовом порядке: в отличие от шелковых червей, которых легко выращивать в неволе, пауки имеют привычку отгрызать друг другу головы, когда они живут вместе.

Чтобы получить столько шелка, сколько им нужно, Годли и Пирс начали нанимать десятки обработчики пауков, чтобы собрать диких паукообразных и аккуратно запрячь их в машину для экстракции шелка.«Нам нужно было найти людей, которые были готовы работать с пауками, — сказал Годли, — потому что они кусаются».

К концу проекта Годли и Пирс извлекли шелк из более чем 1 миллиона самок пауков с золотым шаром, которые широко распространены на Мадагаскаре и известны богатым золотым цветом своего шелка. Поскольку пауки производят шелк только в сезон дождей, рабочие собирали всех пауков в период с октября по июнь.

Затем еще 12 человек использовали ручные машины, чтобы извлечь шелк и сплести его в 96-ниточную нить.После того, как пауков доили, их отпускали обратно в дикую природу, где, по словам Годли, им требуется около недели, чтобы восстановить свой шелк. «Мы можем вернуться и заново зашить тех же пауков», — сказал он. «Это как подарок, который никогда не перестает дарить».

Конечно, тратить четыре года на производство единого тканевого материала из паучьего шелка не очень практично для ученых, пытающихся изучить свойства паучьего шелка, или компаний, которые хотят производить ткань для использования в качестве биомедицинской основы или альтернативы кевлару. броня.Несколько групп пытались внедрить гены пауков в бактерии (или даже в коров и коз) для производства шелка, но пока эти попытки были лишь умеренно успешными.

Одна из причин, по которой так сложно создать паучий шелк в лаборатории, заключается в том, что он начинается с жидкого белка, который вырабатывается специальной железой в брюшной полости паука. Используя свои фильеры, пауки применяют физическую силу, чтобы перестроить молекулярную структуру белка и превратить его в твердый шелк.

«Когда мы говорим о пауке, прядущем шелк, мы говорим о том, как паук применяет силы для физического преобразования из жидкости в твердое тело», — сказал эксперт по паучьему шелку Тодд Блэкледж из Университета Акрона, который не участвовал в этом процессе. создание текстиля.«Ученые просто не могут воспроизвести это так же хорошо, как это делает паук. С каждым годом мы все ближе и ближе приближаемся к возможности массового производства, но мы еще не достигли этого».

А пока, кажется, нам придется довольствоваться одной невероятно красивой тканью, любезно подаренной более чем миллионом пауков.

Изображений: 1) AMNH / R. Миккенс 2) Николас Годли и Саймон Пирс

См. Также:

Следуйте за нами в Twitter @wiredscience и на Facebook.

Искусственные паутинки встряхивают, чтобы оставаться чистыми, как настоящие

Джейсон Арунн Муругесу

Паутина из синтетического паучьего шелка

Lee et al., Sci. Робот.

Ученые-материаловеды создали искусственную паутину, которая притягивает предметы и стряхивает воду, как настоящие. Они надеются, что однажды этот материал можно будет использовать для самоочистки роботов.

Вон Джун Сонг из Сеульского национального университета в Южной Корее и его коллеги основали шелк в своей паутине на основе силикона, геля с высокой проводимостью и гидрофобного покрытия.

«Гидрогели обладают несколькими выдающимися характеристиками для паутины», — говорит Сонг. Например, они прозрачны и хорошо растягиваются.

Но эти сети не являются точной копией настоящих паутин. Нити примерно в 100 раз толще обычного паучьего шелка и в 250 раз менее жесткие.Тем не менее, этот первоначальный прототип может как притягивать, так и отталкивать объекты, такие как лист или кусок стекла, используя электростатическое притяжение.

Самое главное, что, подобно настоящей паутине, эти искусственные сети могут стряхивать воду и другие загрязнения, чтобы сохранять свою способность притягивать объекты. Для этого через искусственный шелк посылаются изменяющиеся во времени электрические поля, в результате чего ткань сильно вибрирует. После очистки полотна могут восстанавливать до 98,7% своей первоначальной силы сцепления.

Полотна работают несколько недель, пока растворитель в геле не растворится. В настоящее время исследователи работают над увеличением срока службы материала.

Сонг предполагает, что однажды эти сети могут помочь роботам самоочищаться. «Наш подход можно использовать везде, где чистота имеет решающее значение для надежной работы устройства», — говорит он.