Стекло, которое живёт своей жизнью: оно само образуется, чинит трещины и остаётся прозрачным

Учёные из Тель-Авивского университета представили по-настоящему необычное открытие — новый тип стекла, который сочетает несочетаемое: высокую прочность, клейкость и прозрачность. Более того, этот материал образуется самопроизвольно при комнатной температуре, без плавки и сложных технологических процессов. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, могут изменить подход к производству оптики, электроники и медицинских материалов.

Как возникло стекло, которое образуется само

В отличие от обычного стекла, которое получают при высоких температурах, новый материал формируется из раствора пептидов — коротких цепочек аминокислот, составляющих белки.

"Мы используем удивительные свойства биологии для создания инновационных материалов", — пояснил профессор Эхуд Газит из Тель-Авивского университета.

Исследовательская группа под руководством аспирантки Галь Финкельштейн-Зута обнаружила, что пептид из трёх тирозинов (YYY) при испарении воды превращается в аморфное, то есть неупорядоченное, стекло. Такой процесс не требует ни нагрева, ни давления — достаточно просто растворить порошок в воде и дать ему высохнуть.

"Обычное стекло требует высоких температур, а наше формируется спонтанно при комнатной", — добавила Финкельштейн-Зута.

Таким образом, материал создаётся буквально "из ничего": при испарении раствора молекулы сами выстраиваются в стеклоподобную структуру.

Молекулярный механизм

На молекулярном уровне новое стекло ведёт себя как гибрид жидкого и твёрдого состояния: его структура хаотична, но механические свойства схожи с обычным стеклом. В этом — суть его уникальности.

Учёные объясняют, что в обычном процессе стеклования жидкость охлаждают настолько быстро, что атомы не успевают выстроиться в кристаллический порядок. В случае с пептидным стеклом то же самое происходит без внешнего вмешательства — благодаря особенностям строения молекул.

Свойства, которых раньше не было

Новое пептидное стекло совмещает качества, считавшиеся несовместимыми:

• Прочность и гибкость. Материал устойчив к нагрузкам, но способен самовосстанавливаться при комнатной температуре.

• Клейкость и прозрачность. Оно работает как мощный клей, соединяя разные поверхности, но при этом остаётся оптически чистым.

• Широкий спектр пропускания. Пропускает свет не только в видимом, но и в среднем инфракрасном диапазоне.

"Это очень прочное и при этом невероятно прозрачное стекло — гораздо более прозрачное, чем обычное силикатное", — отметил Газит.

Как создаётся и используется новый материал

Процесс производства напоминает приготовление напитка: порошок растворяют в воде, наносят каплю на нужную поверхность — и она застывает в идеально гладкую форму. Учёные уже создали линзы, просто регулируя кривизну капли объёмом раствора — без шлифовки и полировки.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: использовать только силикатное стекло для оптики и электроники.

• Последствие: ограничения по прочности, температуре и спектру прозрачности.

• Альтернатива: применение нового пептидного стекла, которое соединяет прочность с универсальностью.

Где можно применять инновационное стекло

1. Оптика и электрооптика. Создание лёгких линз, сенсоров и элементов спутниковой связи.

2. Биомедицина. Прозрачные клеи и покрытия для медицинских имплантатов.

3. Дистанционное зондирование и телекоммуникации. Инфракрасные датчики, лазерные системы, волоконная оптика.

4. Ремонт и защита материалов. Самозалечивающееся покрытие для стёкол и экранов.

Плюсы и минусы нового стекла

FAQ

Почему это открытие считают революционным?
Потому что впервые удалось создать стекло, формирующееся без нагрева и сохраняющее уникальные физические свойства.

Можно ли производить его в промышленных масштабах?
Пока нет, но технология активно развивается, и учёные работают над упрощением синтеза пептидов.

Что делает стекло "самовосстанавливающимся"?
Пептидные связи способны перестраиваться при контакте с влагой, устраняя микротрещины.

Чем оно лучше обычного?
Прозрачнее, крепче, легче и работает в большем диапазоне температур и длин волн.

Мифы и правда

• Миф: стекло можно создать только при высоких температурах.
  Правда: это пептидное стекло формируется при комнатной.

• Миф: биологические материалы непрочны.
  Правда: пептидные структуры обеспечивают высокую устойчивость.

• Миф: новое стекло хрупкое.
  Правда: оно не только прочное, но и способно к самовосстановлению.

Исторический контекст

Традиционное стекло известно человечеству более 4000 лет, но все попытки объединить его прозрачность с гибкостью и самозалечиванием заканчивались неудачей. Пептидное стекло — первый материал, в котором живая химия и физика вещества объединились в одном продукте. Оно открывает путь к новой эре биоорганических технологий, где материалы не просто служат, а ведут себя как живые системы.

3 интересных факта

1. Новое стекло можно "вырастить" из воды за несколько минут.

2. Оно передаёт инфракрасное излучение лучше, чем кварцевое стекло.

3. Всего одна молекула пептида YYY отвечает за все уникальные свойства материала.

Созданное в Тель-Авивском университете стекло демонстрирует, что природа может быть лучшим инженером. Объединив биологию и материаловедение, учёные сделали шаг к материалам будущего — самоформирующимся, прочным и удивительно прозрачным.