Шелк – это натуральное белковое волокно , некоторые виды которого можно вплетать в текстиль . Белковое волокно шелка состоит в основном из фиброина и вырабатывается личинками некоторых насекомых с образованием коконов . [1] Самый известный шелк получают из коконов личинок тутового шелкопряда Bombyx mori , выращенных в неволе ( шелководство ). Мерцающий вид шелка обусловлен треугольной призматической структурой шелкового волокна, которая позволяет шелковой ткани преломлять падающий свет под разными углами , создавая разные цвета.
Шелк производят несколько насекомых; но, как правило, для производства тканей использовался только шелк гусениц моли. Были проведены исследования других типов шелка, которые отличаются на молекулярном уровне. [2] Шелк в основном производится личинками насекомых, претерпевающих полный метаморфоз , но некоторые насекомые, такие как паутинные прядильщики и скрипучие сверчки , производят шелк на протяжении всей своей жизни. [3] Производство шелка также происходит у перепончатокрылых ( пчёл , ос и муравьев ), чешуйниц , ручейников , подёнок , трипсов , цикадок , жуков , златоглазок , блох , мух и мошек . [2] Другие виды членистоногих производят шелк, особенно различные паукообразные , такие как пауки .
Слово «шелк» происходит от древнеанглийского : sioloc , от латинского : sericum [4] и древнегреческого : σηρικός , латинизированного : sērikós , «шелк», в конечном итоге от китайского слова «sī» и других азиатских источников — сравните мандаринский sī «шелк». , маньчжурский сирге , монгольский сиркек . [5]
Производство шелка зародилось в Китае в период неолита , хотя со временем оно распространилось и на другие места мира ( культура Яншао , 4 тысячелетие до н. э.). Производство шелка оставалось ограниченным Китаем до тех пор, пока в какой-то момент во второй половине I тысячелетия до нашей эры не открылся Шелковый путь , хотя Китай сохранял свою фактическую монополию на производство шелка еще тысячу лет.
Несколько видов дикого шелка, производимые гусеницами , отличными от шелковичного червя, были известны и прядутся в Китае , Южной Азии и Европе с древних времен, например, производство шелка Эри в Ассаме, Индия . Однако масштабы производства всегда были намного меньше, чем у выращивания шелка. Причин этому несколько: во-первых, они отличаются от одомашненных разновидностей по цвету и текстуре и поэтому менее однородны; во-вторых, из коконов, собранных в дикой природе, куколка обычно выходила из них еще до того, как их обнаруживали, поэтому шелковая нить, из которой состоит кокон, была разорвана на более короткие отрезки; и в-третьих, многие дикие коконы покрыты минеральным слоем, препятствующим попыткам выдернуть из них длинные нити шелка. [6] Таким образом, единственным способом получить шелк, пригодный для прядения в ткани в районах, где коммерческий шелк не выращивается, было утомительное и трудоемкое чесание .
Некоторые конструкции из натурального шелка использовались без разматывания и прядения. Паутина использовалась в качестве перевязочного материала для ран в Древней Греции и Риме [7] , а также в качестве основы для живописи 16 века. [8] Гнезда гусениц склеивались вместе для изготовления ткани в Империи ацтеков . [9]
Коммерческий шелк получают из выращенных куколок тутового шелкопряда, которых разводят для получения шелковой нити белого цвета без минералов на поверхности. Куколок убивают, либо погружая их в кипящую воду до появления взрослых бабочек, либо протыкая их иглой. Все эти факторы способствуют тому, что весь кокон расплетается как одна непрерывная нить, что позволяет соткать из шелка гораздо более прочную ткань. Дикий шелк также сложнее красить, чем шелк культивированного тутового шелкопряда. [10] [11] Метод, известный как деминерализация , позволяет удалить минеральный слой вокруг кокона дикого шелкопряда, [12] оставляя только изменчивость цвета в качестве барьера для создания коммерческой шелковой промышленности, основанной на диком шелке в отдельных частях. стран мира, где процветают дикие шелкопряды, например, в Африке и Южной Америке.
Использование шелка в тканях впервые было разработано в древнем Китае. [13] [14] Самым ранним свидетельством существования шелка является присутствие фиброина шелкового белка в образцах почвы из двух гробниц на неолитическом памятнике Цзяху в провинции Хэнань , возраст которых составляет около 8500 лет. [15] [16] Самый ранний сохранившийся образец шелковой ткани датируется примерно 3630 годом до нашей эры и использовался в качестве обертывания для тела ребенка на территории культуры Яншао в Цинтайкуне недалеко от Синъяна , Хэнань. [13] [17]
Легенда приписывает создание шелка китайской императрице Лейцзу (Си-Лин-Ши, Лей-Цзы). Первоначально шелк предназначался императорам Китая для собственного использования и подарков другим, но постепенно распространился через китайскую культуру и торговлю как в географическом, так и в социальном плане, а затем во многие регионы Азии . Благодаря своей текстуре и блеску шелк быстро стал популярной роскошной тканью во многих районах, доступных китайским торговцам. Шелк пользовался большим спросом и стал основным продуктом доиндустриальной международной торговли . Шелк также использовался в качестве поверхности для письма, особенно в период Воюющих царств (475–221 гг. до н. э.). Ткань была легкой, выдержала влажный климат региона Янцзы, хорошо впитывала чернила и обеспечивала белый фон для текста. [18] В июле 2007 года археологи обнаружили замысловатые и окрашенные шелковые ткани в гробнице в провинции Цзянси , датируемой династией Восточная Чжоу примерно 2500 лет назад. [19] Хотя историки предполагают, что в древнем Китае существовала долгая история формирующейся текстильной промышленности, эта находка шелковых тканей, использующих «сложные методы» ткачества и крашения, является прямым доказательством того, что шелк датируется до открытия Мавандуи, а другие шелка датируются периодом Династия Хань (202 г. до н.э. – 220 г. н.э.). [19]
Шелк описан в главе Фань Шэнчжи-шу из Западной Хань (202 г. до н.э. – 9 г. н.э.). В документе Восточной Хань (25–220 гг. н.э.) сохранился календарь производства шелка. Две другие известные работы по шелку периода Хань утеряны. [13] Первым свидетельством торговли шелком на большие расстояния является находка шелка в волосах египетской мумии 21-й династии, около 1070 г. до н.э. [20] Торговля шелком достигла Индийского субконтинента , Ближнего Востока , Европы и Северной Африки . Эта торговля была настолько обширной, что основные торговые пути между Европой и Азией стали известны как Шелковый путь .
Императоры Китая стремились сохранить в тайне знания о шелководстве , чтобы сохранить китайскую монополию . Тем не менее, шелководство достигло Кореи с технологической помощью из Китая около 200 г. до н.э., [21] древнего Хотанского королевства к 50 г. н.э., [22] и Индии к 140 г. н.э. [23]
В древнюю эпоху шелк из Китая был самым прибыльным и востребованным предметом роскоши, продаваемым на Евразийском континенте, [24] и многие цивилизации, такие как древние персы, получали экономическую выгоду от торговли. [24]
Шелк имеет долгую историю в Индии. Он известен как Решам в восточной и северной Индии и Патту в южных частях Индии . Недавние археологические открытия в Хараппе и Чанхударо позволяют предположить, что шелководство с использованием диких шелковых нитей местных видов тутового шелкопряда существовало в Южной Азии во времена цивилизации долины Инда (ныне в Пакистане и Индии), датируемой периодом между 2450 и 2000 годами до нашей эры. [25] [26] Шелаг Вайнкер, эксперт по шелку из Ашмоловского музея в Оксфорде, который видит доказательства производства шелка в Китае «значительно раньше», чем 2500–2000 гг. до н. э., предполагает, что «люди цивилизации Инда либо собирали коконы тутового шелкопряда, либо торговали с людьми, которые это делали, и что они многое знали о шелке». [25]
Индия является вторым по величине производителем шелка в мире после Китая. Около 97% сырого тутового шелка поступает из шести индийских штатов, а именно: Андхра-Прадеш , Карнатака , Джамму и Кашмир , Тамил Наду , Бихар и Западная Бенгалия . [27] Северный Бангалор, будущий участок «Шелкового города» стоимостью 20 миллионов долларов Раманагара и Майсур , способствуют большей части производства шелка в Карнатаке. [28]
В Тамилнаде выращивание шелковицы сосредоточено в районах Коимбатур , Эрод , Бхагалпури , Тируппур , Салем и Дхармапури . Хайдарабад , Андхра-Прадеш , и Гобичеттипалаям , Тамил Наду , были первыми местами, где были установлены автоматизированные установки для намотки шелка в Индии. [29]
В северо-восточном штате Ассам производятся три различных типа местного сорта шелка, под общим названием « Ассамский шелк» : шелк Муга , шелк Эри и шелк Пат . Муга, золотой шелк, и Эри производятся шелкопрядами, произрастающими только в Ассаме. Их выращивали с древних времен, как и в других странах Восточной и Юго-Восточной Азии. [ нужна цитата ]
Шелк производится в Таиланде круглый год двумя видами шелкопрядов: культивируемыми Bombycidae и дикими Saturniidae. Большая часть производства производится после сбора урожая риса в южной и северо-восточной частях страны. Женщины традиционно ткут шелк на ручных ткацких станках и передают это умение своим дочерям, поскольку плетение считается признаком зрелости и права на брак. В тайском шелковом текстиле часто используются сложные узоры различных цветов и стилей. В большинстве регионов Таиланда есть свои типичные шелка. Нить из одной нити слишком тонкая, чтобы ее можно было использовать отдельно, поэтому женщины комбинируют несколько нитей, чтобы получить более толстое и пригодное для использования волокно. Они делают это, вручную наматывая нити на деревянное веретено, чтобы получить однородную прядь сырого шелка. Процесс производства полукилограмма шелка занимает около 40 часов. Многие местные предприятия используют для этой задачи намоточную машину, но некоторые шелковые нити по-прежнему наматываются вручную. Разница в том, что из ниток, намотанных вручную, получаются три сорта шелка: два тонких сорта, которые идеально подходят для легких тканей, и толстый сорт для более тяжелых материалов.
Шелковая ткань замачивается в очень холодной воде и отбеливается перед окрашиванием, чтобы удалить естественный желтый цвет тайской шелковой пряжи. Для этого мотки шелковой нити погружают в большие ванны с перекисью водорода . После стирки и сушки шелк ткут на традиционном ткацком станке с ручным управлением. [30]
Район Раджшахи на севере Бангладеш является центром шелковой промышленности страны. В регионе производят три вида шелка: тутовый, энди и тассар. Бенгальский шелк на протяжении веков был основным предметом международной торговли. В средневековой Европе он был известен как шелк Ганги. Бенгалия была ведущим экспортером шелка в период с 16 по 19 века. [31]
На фресках Афрасияба VII века н.э. в Самарканде , Согдиана , изображено китайское посольство, несущее шелк и нить коконов тутового шелкопряда местному согдийскому правителю. [32]
В Торе предмет из алой ткани, называемый на иврите «шени толаат» שני תולעת – буквально «багровый червь», описывается как используемый в церемониях очищения, например, после вспышки проказы (Левит 14), наряду с кедровое дерево и иссоп ( заатар ). Выдающийся ученый и ведущий средневековый переводчик еврейских источников и книг Библии на арабский язык раввин Саадия Гаон переводит эту фразу прямо как «багровый шелк» – חריר קרמז حرير قرمز.
Согласно исламским учениям мужчинам-мусульманам запрещено носить шелк. Многие религиозные юристы полагают, что причина запрета заключается в том, что мужчины должны избегать одежды, которую можно считать женственной или экстравагантной. [33] Существуют споры относительно количества шелка, из которого может состоять ткань (например, допустим ли небольшой декоративный кусок шелка на хлопчатобумажном кафтане или нет), чтобы ее ношение было законным для мужчин, но преобладающее мнение большинства Мусульманские ученые утверждают, что ношение шелка мужчинами запрещено. Современная одежда вызвала ряд вопросов, в том числе, например, допустимость ношения шелковых галстуков , которые являются мужскими предметами одежды.
В « Одиссее » 19.233, когда Одиссей, притворяясь кем-то другим, расспрашивается Пенелопой об одежде ее мужа, он говорит, что на нем была рубашка, «блестящая, как кожица сушеной луковицы» (варьируется в зависимости от перевода, здесь дословный перевод ) [34] , что может относиться к блестящему качеству шелковой ткани.Аристотель писал о Coa Vestis , ткани из дикого шелка с острова Кос . Ценился также морской шелк из некоторых крупных морских раковин. Римская империя знала о шелке и торговала им, а китайский шелк был самым дорогим предметом роскоши, импортируемым ими. [24] Во время правления императора Тиберия были приняты законы о роскоши , которые запрещали мужчинам носить шелковую одежду, но они оказались безрезультатными. [35] В Historia Augusta упоминается, что император третьего века Элагабал был первым римлянином, который носил одежду из чистого шелка, тогда как было принято носить ткани из смесей шелка/хлопка или шелка/льна. [36] Несмотря на популярность шелка, секрет изготовления шелка достиг Европы только около 550 года нашей эры через Византийскую империю . Современные источники утверждают, что монахи, работавшие на императора Юстиниана I, контрабандой провозили яйца тутового шелкопряда в Константинополь из Китая внутри полых тростей. [37] Все высококачественные ткацкие станки и ткацкие станки находились внутри комплекса Большого дворца в Константинополе, а произведенная ткань использовалась в императорских одеждах или в дипломатии, в качестве подарков иностранным сановникам. Остальное было продано по очень высоким ценам.
Италия была самым важным производителем шелка в эпоху Средневековья. Первым центром, который представил производство шелка в Италии, был город Катандзаро в 11 веке в регионе Калабрия . Шелк Катандзаро снабжал почти всю Европу и продавался на большой ярмарке в порту Реджо-ди-Калабрия испанским, венецианским, генуэзским и голландским купцам. Катандзаро стал мировой столицей кружева с крупным заводом по разведению тутового шелкопряда, производившим все кружева и полотна, используемые в Ватикане. Город был всемирно известен своим прекрасным производством шелка, бархата, дамаска и парчи. [38]
Другим известным центром был итальянский город-государство Лукка , который, начиная с 12 века, в основном финансировал себя за счет производства и торговли шелком. Другими итальянскими городами, занимавшимися производством шелка, были Генуя , Венеция и Флоренция . Район Пьемонт в Северной Италии стал крупным районом производства шелка, когда были разработаны шелковометальные машины с водяным приводом. [39]
Шелковая биржа в Валенсии 15-го века, где ранее, в 1348 году, также торговали перксалем ( перкалем ) как разновидностью шелка, иллюстрирует мощь и богатство одного из великих торговых городов Средиземноморья. [40] [41]
Шелк производился и экспортировался из провинции Гранада в Испании, особенно из региона Альпухаррас , пока мориско , чьей промышленностью это было, не были изгнаны из Гранады в 1571 году .
С 15 века производство шелка во Франции было сосредоточено вокруг города Лион , где в 17 веке впервые были представлены многие механические инструменты для массового производства.
Яков I попытался наладить производство шелка в Англии, купив и посадив 100 000 тутовых деревьев, некоторые на земле, прилегающей к дворцу Хэмптон-Корт , но они принадлежали к виду, не подходящему для шелковичных червей, и попытка провалилась. В 1732 году Джон Гуардиваглио основал предприятие по метанию шелка на мельнице Логвуд в Стокпорте ; в 1744 году в Маклсфилде была построена Бертон-Милл ; а в 1753 году в Конглтоне была построена Старая мельница . [44] Эти три города оставались центром английской промышленности по метанию шелка до тех пор, пока метание шелка не было заменено прядением шелковых отходов . Британское предприятие также создало шелковую нить на Кипре в 1928 году. В Англии в середине 20 века шелк-сырец производился в замке Луллингстон в Кенте. Шелкопряды были выращены и намотаны под руководством Зои Леди Харт Дайк , которая позже в 1956 году переехала в Айот-Сент-Лоренс в Хартфордшире .
Во время Второй мировой войны поставки шелка для британского производства парашютов были обеспечены с Ближнего Востока Питером Гаддумом . [46]
Дикий шелк, взятый из гнезд местных гусениц, использовался ацтеками для изготовления контейнеров и бумаги. [50] [9] Шелкопряды были завезены в Оахаку из Испании в 1530-х годах, и регион получал прибыль от производства шелка до начала 17 века, когда король Испании запретил экспорт, чтобы защитить шелковую промышленность Испании. Производство шелка для местного потребления продолжается и по сей день, иногда прядется дикий шелк. [51]
Король Джеймс I ввел выращивание шелка в британских колониях в Америке около 1619 года, якобы для того, чтобы препятствовать выращиванию табака . Шейкеры в Кентукки переняли эту практику.
История промышленного шелка в Соединенных Штатах во многом связана с несколькими небольшими городскими центрами в северо-восточном регионе. Начиная с 1830-х годов, Манчестер, штат Коннектикут, стал первым центром шелковой промышленности в Америке, когда братья Чейни стали первыми в Соединенных Штатах, кто правильно выращивал тутового шелкопряда в промышленных масштабах; сегодня в историческом районе братьев Чейни представлены их бывшие мельницы. [53] С повальным увлечением тутовыми деревьями того десятилетия, другие более мелкие производители начали выращивать тутовых шелкопрядов. Эта экономика особенно получила распространение в окрестностях Нортгемптона, штат Массачусетс , и соседнего с ним Вильямсбурга , где возник ряд мелких фирм и кооперативов. Среди наиболее известных из них была кооперативная утопическая Нортгемптонская ассоциация образования и промышленности, членом которой был Соджорнер Трут . [54] После разрушительного наводнения на реке Милл в 1874 году один промышленник, Уильям Скиннер, перенес свою мельницу из Вильямсбурга в тогда еще новый город Холиок . В течение следующих 50 лет он и его сыновья поддерживали отношения между американской шелковой промышленностью и ее коллегами в Японии [55] и расширили свой бизнес до такой степени, что к 1911 году комплекс Skinner Mill содержал под одной крышей крупнейшую шелковую фабрику в Японии. во всем мире, а бренд Skinner Fabrics стал крупнейшим производителем шелкового атласа в мире. [52] [56] Другие усилия позже в 19 веке также привели к появлению новой шелковой промышленности в Патерсоне, штат Нью-Джерси , где несколько фирм наняли текстильщиков европейского происхождения и дали ей прозвище «Шелковый город» как еще один крупный центр производства. В Соединенных Штатах.
Вторая мировая война прервала торговлю шелком из Азии, и цены на него резко выросли. [57] Промышленность США начала искать заменители, что привело к использованию синтетических материалов , таких как нейлон . Синтетический шелк также изготавливается из лиоцелла , разновидности целлюлозного волокна, и его часто трудно отличить от настоящего шелка ( более подробную информацию о синтетическом шелке см. в разделе «Паучий шелк»).
В Теренггану , который сейчас является частью Малайзии , второе поколение тутового шелкопряда было импортировано еще в 1764 году для шелковой текстильной промышленности страны, особенно сонгкета . [58] Однако с 1980-х годов Малайзия больше не занимается шелководством, но сажает тутовые деревья.
Согласно вьетнамской легенде, шелк появился в первом тысячелетии нашей эры, и его ткут до сих пор.
Процесс производства шелка известен как шелководство . [59] Весь процесс производства шелка можно разделить на несколько этапов, которые обычно выполняются разными организациями. [ нужны разъяснения ] Добыча сырого шелка начинается с выращивания тутового шелкопряда на листьях тутового дерева. Как только черви начинают окукливаться в своих коконах, их растворяют в кипящей воде, чтобы извлечь отдельные длинные волокна и подать их на вращающуюся катушку. [60]
Для производства 1 кг шелка 3000 тутовых червей должны съесть 104 кг листьев тутового дерева. Для изготовления кимоно из чистого шелка требуется около 5000 тутовых шелкопрядов . [61] : 104 Крупнейшими производителями шелка являются Китай (54%) и Индия (14%). [62] Другая статистика: [63]
Воздействие производства шелка на окружающую среду потенциально велико по сравнению с другими натуральными волокнами. Оценка жизненного цикла производства индийского шелка показывает, что производственный процесс имеет большой углеродный и водный след, главным образом из-за того, что это волокно животного происхождения, и на единицу произведенного волокна требуется больше ресурсов, таких как удобрения и вода. . [64]
Шелковые волокна тутового шелкопряда Bombyx mori имеют треугольное сечение с закругленными углами, ширину 5–10 мкм . Тяжелая цепь фиброина состоит в основном из бета-листов из-за 59-мерной аминокислотной повторяющейся последовательности с некоторыми вариациями. [65] Плоские поверхности фибрилл отражают свет под разными углами, придавая шелку естественный блеск. Поперечное сечение у других тутовых шелкопрядов может различаться по форме и диаметру: серповидное у анафе и удлиненное клинообразное у тусса . Волокна тутового шелкопряда естественным образом выдавливаются из двух желез тутового шелкопряда в виде пары первичных нитей (брина), которые склеиваются вместе белками серицина, которые действуют как клей , образуя баве. [66] Диаметр баве шелка тусса может достигать 65 мкм. См. указанную ссылку на фотографии поперечного сечения, полученные с помощью СЭМ. [65]
Шелк имеет гладкую, мягкую текстуру, не скользкую, в отличие от многих синтетических волокон .
Шелк — одно из самых прочных натуральных волокон, но при намокании он теряет до 20% своей прочности. Он имеет хороший возврат влаги - 11%. Его эластичность от умеренной до плохой: если его растянуть даже на небольшую величину, он останется растянутым. Он может ослабнуть при воздействии слишком большого количества солнечного света. Он также может подвергнуться нападению насекомых, особенно если оставить его грязным.
Одним из примеров долговечности шелка по сравнению с другими тканями является обнаружение в 1840 году шелковой одежды после крушения 1782 года : «Самым прочным найденным предметом был шелк; ибо, кроме кусков плащей и кружев, были подняты пара черных атласных штанов и большой атласный жилет с клапанами, из которых шелк был отличный, но подкладка совсем отсутствовала... из-за того, что нитка рвалась... Никаких предметов одежды из шерстяной ткани пока не обнаружено». [67]
Шелк является плохим проводником электричества и поэтому подвержен воздействию статического электричества . Шелк имеет высокую излучательную способность инфракрасного света, что делает его прохладным на ощупь. [68]
Нестиранный шелковый шифон может дать усадку до 8% из-за ослабления макроструктуры волокон, поэтому шелк следует либо стирать перед пошивом одежды, либо подвергать химической чистке . Химчистка все равно может дать усадку шифона до 4%. Иногда эту усадку можно устранить путем осторожного пропаривания прессовой тканью. Практически не происходит ни постепенной усадки, ни усадки из-за деформации на молекулярном уровне.
Известно, что натуральный и синтетический шелк проявляет в белках пьезоэлектрические свойства, вероятно, благодаря своей молекулярной структуре. [69]
Шелк тутового шелкопряда использовался в качестве стандарта для измерения денье — измерения линейной плотности волокон. Таким образом, шелк тутового шелкопряда имеет линейную плотность примерно 1 ден, или 1,1 дтекс .
Шелк, выделяемый тутовым шелкопрядом, состоит из двух основных белков: серицина и фиброина , причем фиброин является структурным центром шелка, а серицин — липким материалом, окружающим его. Фиброин состоит из аминокислот Gly - Ser -Gly- Ala -Gly-Ala и образует бета-складчатые листы . Между цепями образуются водородные связи , а боковые цепи ориентированы выше и ниже плоскости сетки водородных связей.
Высокая доля (50%) глицина обеспечивает плотную упаковку. Это связано с тем, что глицин не имеет боковой цепи и, следовательно, не обременен стерическим напряжением. Добавление аланина и серина делает волокна прочными и устойчивыми к разрыву. Эта прочность на разрыв обусловлена множеством промежуточных водородных связей, и при растяжении к этим многочисленным связям прилагается сила, и они не разрываются.
Шелк устойчив к большинству минеральных кислот , за исключением серной кислоты , которая его растворяет. Он желтеет от пота. Хлорный отбеливатель также разрушает шелковые ткани.
RSF производится путем химического растворения коконов тутового шелкопряда, оставляя их молекулярную структуру неповрежденной. Волокна шелка растворяются в крошечные нитевидные структуры, известные как микрофибриллы . Полученный раствор выдавливается через небольшое отверстие, в результате чего микрофибриллы собираются в одно волокно. Сообщается, что полученный материал в два раза жестче шелка. [71]
Впитывающая способность шелка позволяет носить его в теплую погоду и во время активного отдыха. Его низкая проводимость удерживает теплый воздух близко к коже в холодную погоду. Его часто используют для изготовления такой одежды, как рубашки , галстуки , блузки , официальные платья , модная одежда , подкладка , нижнее белье , пижамы , халаты , классические костюмы, сарафаны и традиционная азиатская одежда. Шелк также отлично подходит для изготовления одежды, защищающей от насекомых, защищающей владельца от комаров и слепней .
Ткани, которые часто изготавливаются из шелка, включают атлас , шармез , хабутай , шифон , тафту , крепдешин , дупиони , нойл , тусса и шантунг и другие.
Привлекательный блеск и драпируемость шелка делают его подходящим для многих видов мебели . Его используют для обивки , настенных покрытий, оформления окон (если смешано с другим волокном), ковров , постельных принадлежностей и настенных драпировок. [72]
Шелк имел множество промышленных и коммерческих применений, например, в парашютах , велосипедных шинах , наполнителе одеял и мешках с артиллерийским порохом . [73]
Специальный производственный процесс удаляет внешнее серициновое покрытие шелка, что делает его пригодным в качестве нерассасывающегося хирургического шовного материала . Этот процесс также недавно привел к появлению специального шелкового нижнего белья, которое использовалось при кожных заболеваниях, включая экзему . [74] [75] Были найдены новые способы применения и технологии производства шелка для изготовления всего: от одноразовых стаканчиков до систем доставки лекарств и голограмм. [76]
Шелк начал служить биомедицинским материалом для швов в хирургических операциях еще во втором веке нашей эры. [77] За последние 30 лет он широко изучался и использовался в качестве биоматериала благодаря его механической прочности , биосовместимости , регулируемой скорости деградации, легкости загрузки клеточных факторов роста (например, BMP-2) и его способности быть переработаны в несколько других форматов, таких как пленки, гели, частицы и каркасы. [78] Шелк из Bombyx mori , разновидности культивируемого тутового шелкопряда, является наиболее широко исследованным шелком. [79]
Шелк, полученный из Bombyx mori, обычно состоит из двух частей: волокна фиброина шелка , которое содержит легкую цепь массой 25 кДа и тяжелую цепь массой 350 кДа (или 390 кДа [80] ), соединенные одной дисульфидной связью [81] и клееподобной связью. белок серицин , составляющий от 25 до 30 процентов по массе. Фиброин шелка содержит гидрофобные блоки бета-листа , прерываемые небольшими гидрофильными группами. А бета-листы в значительной степени способствуют высокой механической прочности шелковых волокон, которая достигает 740 МПа, что в десятки раз выше, чем у полимолочной кислоты, и в сотни раз выше, чем у коллагена . Эта впечатляющая механическая прочность сделала фиброин шелка очень конкурентоспособным для применения в биоматериалах. Действительно, шелковые волокна нашли применение в инженерии сухожильных тканей [82] , где механические свойства имеют большое значение. Кроме того, механические свойства шелка различных видов тутового шелкопряда сильно различаются, что открывает больше возможностей для его использования в тканевой инженерии.
Большинство изделий, изготовленных из регенерированного шелка, являются слабыми и хрупкими, их механическая прочность составляет всего ≈1–2% от механической прочности волокон натурального шелка из-за отсутствия соответствующей вторичной и иерархической структуры.
Биосовместимость, то есть то, насколько шелк вызовет иммунный ответ, является критическим вопросом для биоматериалов. Проблема возникла во время его растущего клинического использования. Воск или силикон обычно используются в качестве покрытия, чтобы избежать истирания и потенциальных иммунных реакций [78] , когда шелковые волокна служат шовным материалом. Хотя отсутствие детальных характеристик шелковых волокон, таких как степень удаления серицина, поверхностные химические свойства материала покрытия и используемый процесс, затрудняют определение реального иммунного ответа шелковых волокон в литературе, это Обычно полагают, что серицин является основной причиной иммунного ответа. Таким образом, удаление серицина является важным шагом для обеспечения биосовместимости при применении биоматериалов шелка. Однако дальнейшие исследования не смогли четко доказать вклад серицина в воспалительные реакции на основе изолированного серицина и биоматериалов на его основе. [84] Кроме того, фиброин шелка проявляет воспалительную реакцию, сходную с реакцией на пластик из тканевой культуры in vitro [85] [86] при оценке с использованием мезенхимальных стволовых клеток человека (hMSC) или меньшую, чем у коллагена и PLA, при имплантации крысиных МСК с фиброином шелка. фильмы in vivo. [86] Таким образом, соответствующее обесклеивание и стерилизация обеспечат биосовместимость фиброина шелка, что дополнительно подтверждено экспериментами in vivo на крысах и свиньях. [87] Все еще существуют опасения по поводу долгосрочной безопасности биоматериалов на основе шелка в организме человека, в отличие от этих многообещающих результатов. Хотя шелковые нити служат хорошо, они существуют и взаимодействуют в течение ограниченного периода времени, зависящего от заживления ран (несколько недель), гораздо более короткого, чем в тканевой инженерии. Другая проблема связана с биоразложением, поскольку биосовместимость фиброина шелка не обязательно гарантирует биосовместимость разложившихся продуктов. Фактически, продукты распада фиброина шелка вызывают различные уровни иммунных реакций [88] [89] и заболеваний [90] .
Биоразлагаемость (также известная как биоразложение ) — способность разлагаться биологическими методами, включая бактерии, грибы и клетки — еще одно важное свойство биоматериалов. Биоразлагаемые материалы могут минимизировать боль пациентов после операций, особенно при тканевой инженерии, поскольку нет необходимости в хирургическом вмешательстве для удаления имплантированного каркаса. Wang et al. [91] показали деградацию шелка in vivo с помощью водных трехмерных каркасов, имплантированных крысам Льюиса. Ферменты — это средства, используемые для разложения шелка in vitro. Протеаза XIV из Streptomyces griseus и α-химотрипсин из поджелудочной железы крупного рогатого скота являются двумя популярными ферментами, вызывающими деградацию шелка. Кроме того, гамма-излучение , а также клеточный метаболизм также могут регулировать деградацию шелка.
По сравнению с синтетическими биоматериалами, такими как полигликолиды и полилактиды , шелк обладает преимуществами в некоторых аспектах биоразложения. Продукты кислотного разложения полигликолидов и полилактидов снижают pH окружающей среды и, таким образом, отрицательно влияют на метаболизм клеток, что не является проблемой для шелка. Кроме того, шелковые материалы могут сохранять прочность в течение желаемого периода от недель до месяцев по мере необходимости, благодаря содержанию бета-листов .
Генетическая модификация домашних тутовых шелкопрядов использовалась для изменения состава шелка. [92] Помимо возможного облегчения производства более полезных видов шелка, это может позволить шелковичным червям производить другие промышленно или терапевтически полезные белки. [93]
Шелковая моль откладывает яйца на специально подготовленную бумагу. Яйца вылупляются, и гусеницы (шелкопряды) получают свежие листья шелковицы . Примерно через 35 дней и 4 линьки гусеницы становятся в 10 000 раз тяжелее, чем когда они вылупились, и готовы начать плести кокон. Над лотком с гусеницами кладут соломенную рамку, и каждая гусеница начинает плести кокон, совершая определенные движения головой. Две железы производят жидкий шелк и пропускают его через отверстия в голове, называемые фильерами. Жидкий шелк покрыт серицином, водорастворимой защитной смолой, и затвердевает при контакте с воздухом. В течение 2–3 дней гусеница раскручивает нить длиной около 1,6 км и полностью покрывается коконом. Затем фермеры, выращивающие шелк, нагревают коконы, чтобы убить их, оставляя часть превращаться в мотыльков и выводить следующее поколение гусениц. Собранные коконы затем замачивают в кипящей воде, чтобы смягчить серицин, удерживающий волокна шелка вместе в форме кокона. Затем волокна разматывают для получения непрерывной нити. Поскольку одна нить слишком тонкая и хрупкая для коммерческого использования, в одну шелковую нить сплетают от трех до десяти нитей. [94]
Поскольку процесс сбора шелка из кокона убивает личинки при кипячении, шелководство подверглось критике со стороны активистов по защите животных, [95] в том числе организации «Люди за этичное обращение с животными» (PETA), которые призывают людей не покупать изделия из шелка. [96]
Махатма Ганди критически относился к производству шелка из-за своей философии ахимсы (ненасильственной), которая привела к продвижению хлопка и шелка ахимсы , типа дикого шелка , изготовленного из коконов диких и полудиких шелкопрядов. [97]
Шелковые полоски, собранные из больших коконов-гамаков Gloveria psidii (= Sagana sapotoza) и склеенные вместе, чтобы сформировать своего рода твердую ткань или бумагу, были важным предметом торговли в Мексике во времена Моктесумы II.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ))Гален также рекомендовал использовать шелковую нить, если она доступна.
Производство шелка приводит к мучительной смерти насекомых