Шелк — это натуральное белковое волокно , некоторые формы которого можно вплетать в текстильные изделия . Белковое волокно шелка состоит в основном из фиброина и вырабатывается личинками некоторых насекомых для образования коконов . [1] Самый известный шелк получают из коконов личинок тутового шелкопряда Bombyx mori, выращиваемых в неволе ( шелководство ). Мерцающий вид шелка обусловлен треугольной призмообразной структурой шелкового волокна, которая позволяет шелковой ткани преломлять входящий свет под разными углами , таким образом производя разные цвета.
Шелк производится несколькими насекомыми; но, как правило, только шелк гусениц моли использовался для производства текстиля. Были проведены некоторые исследования других типов шелка, которые отличаются на молекулярном уровне. [2] Шелк в основном производится личинками насекомых, претерпевающими полный метаморфоз , но некоторые насекомые, такие как пауки-прядильщики и хриплые сверчки , производят шелк на протяжении всей своей жизни. [3] Производство шелка также происходит у перепончатокрылых ( пчел , ос и муравьев ), чешуйниц , ручейников , поденок , трипсов , цикадок, жуков , златоглазок , блох , мух и мошек . [ 2 ] Другие типы членистоногих производят шелк, в первую очередь различные паукообразные , такие как пауки .
Слово «шёлк» происходит от древнеанглийского : sioloc , от латинского : sericum [4] и древнегреческого : σηρικός , романизированного : sērikós , «шёлковый», в конечном итоге от китайского слова «sī» и других азиатских источников — сравните мандаринское sī «шёлк», маньчжурское sirghe , монгольское sirkek . [5]
Производство шелка зародилось в Китае в период неолита , хотя со временем оно распространилось и в других местах мира ( культура Яншао , 4-е тысячелетие до н. э.). Производство шелка оставалось ограниченным Китаем, пока Шелковый путь не открылся в какой-то момент во второй половине 1-го тысячелетия до н. э., хотя Китай сохранял свою фактическую монополию на производство шелка еще тысячу лет.
Несколько видов дикого шелка, производимого гусеницами , отличными от тутового шелкопряда, были известны и прялись в Китае , Южной Азии и Европе с древних времен. Однако масштабы производства всегда были намного меньше, чем у культивируемых шелкопрядов. Для этого есть несколько причин: во-первых, они отличаются от одомашненных сортов по цвету и текстуре и, следовательно, менее однородны; во-вторых, коконы, собранные в дикой природе, обычно имеют куколку, вылупившуюся из них до того, как их обнаружили, поэтому шелковая нить, из которой состоит кокон, была разорвана на более короткие отрезки; и, в-третьих, многие дикие коконы покрыты минеральным слоем, который препятствует попыткам размотать из них длинные нити шелка. [6] Таким образом, единственным способом получить шелк, подходящий для прядения в текстильные изделия в районах, где коммерческие шелка не выращиваются, было утомительное и трудоемкое кардочесание .
Некоторые натуральные шелковые структуры использовались без разматывания или прядения. Паутина использовалась в качестве перевязочного материала в Древней Греции и Риме [7] , а также в качестве основы для живописи с XVI века. [8] В империи ацтеков гнезда гусениц склеивались, чтобы сделать ткань . [9]
Коммерческий шелк получают из выращенных куколок шелкопряда, которых разводят для получения шелковой нити белого цвета без минералов на поверхности. Куколок убивают, либо окуная их в кипящую воду до появления взрослых молей, либо прокалывая их иглой. Все эти факторы способствуют способности всего кокона распускаться как одна непрерывная нить, что позволяет ткать из шелка гораздо более прочную ткань. Дикий шелк также, как правило, сложнее красить, чем шелк от культивируемого шелкопряда. [10] [11] Метод, известный как деминерализация, позволяет удалить минеральный слой вокруг кокона диких шелкопрядов, [12] оставляя только изменчивость цвета в качестве барьера для создания коммерческой шелковой промышленности на основе диких шелкопрядов в тех частях мира, где дикие шелкопряды процветают, например, в Африке и Южной Америке.
Использование шелка в производстве тканей впервые было разработано в Древнем Китае. [13] [14] Самым ранним доказательством использования шелка является наличие фиброина белка шелка в образцах почвы из двух гробниц на неолитическом полигоне Цзяху в провинции Хэнань , которые датируются примерно 8500 годами. [15] [16] Самый ранний сохранившийся образец шелковой ткани датируется примерно 3630 годом до нашей эры и использовался в качестве обертывания для тела ребенка на полигоне культуры Яншао в Цинтайцуне около Синъяна , провинция Хэнань. [13] [17]
Легенда приписывает изобретение шелка китайской императрице Лейцзу (Си-Лин-Ши, Лей-Цзы). Шелк изначально предназначался для императоров Китая для их собственного использования и подарков другим, но постепенно распространился через китайскую культуру и торговлю как географически, так и социально, а затем во многие регионы Азии . Благодаря своей текстуре и блеску шелк быстро стал популярной роскошной тканью во многих областях, 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, она выдерживала влажный климат региона Янцзы, хорошо впитывала чернила и обеспечивала белый фон для текста. [18] В июле 2007 года археологи обнаружили сложно сотканные и окрашенные шелковые ткани в гробнице в провинции Цзянси , датируемые династией Восточная Чжоу примерно 2500 лет назад. [19] Хотя историки предполагали, что в Древнем Китае существовала длительная история развития текстильной промышленности, эта находка шелковых тканей, в которых использовались «сложные методы» ткачества и окрашивания, дает прямые доказательства того, что шелка датируются до открытия Мавандуя , а другие шелка датируются династией 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.). Сохранился календарь производства шелка в документе Восточной Хань (25–220 г. н. э.). Две другие известные работы о шелке из периода Хань утеряны. [13] Первым свидетельством торговли шелком на большие расстояния является обнаружение 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 основной набор торговых путей между Европой и Азией стал известен как Шелковый путь .
Императоры Китая стремились сохранить знания о шелководстве в тайне, чтобы сохранить китайскую монополию . Тем не менее, шелководство достигло Кореи с технологической помощью из Китая около 200 г. до н. э. [21], древнего королевства Хотан к 50 г. н. э. [22] и Индии к 140 г. н. э. [23]
В древности шелк из Китая был самым прибыльным и востребованным предметом роскоши, продававшимся по всему Евразийскому континенту, [24] и многие цивилизации, такие как древняя персидская, извлекали экономическую выгоду из торговли. [24]
Археологические данные свидетельствуют о том, что шелководство практиковалось с периода Яёй . Шелковая промышленность была доминирующей с 1930-х по 1950-е годы, но сейчас она менее распространена. [25] Шелк из Восточной Азии потерял свою значимость после того, как шелкопряды были контрабандой вывезены из Китая в Византийскую империю. Однако в 1845 году эпидемия флахерии среди европейских шелкопрядов опустошила шелковую промышленность там. [26] Это привело к спросу на шелк из Китая и Японии , где еще в девятнадцатом и начале двадцатого веков японский экспорт напрямую конкурировал с китайским на международном рынке в таких низкостоимостных, трудоемких продуктах, как сырой шелк.
В период с 1850 по 1930 год сырой шелк был ведущим экспортным товаром для обеих стран, составляя 20–40% от общего экспорта Японии и 20–30% от экспорта Китая. [27] В период с 1890-х по 1930-е годы экспорт японского шелка увеличился в четыре раза, что сделало Японию крупнейшим экспортером шелка в мире. Этот рост экспорта был в основном обусловлен экономическими реформами в период Мэйдзи и упадком династии Цин в Китае, что привело к быстрой индустриализации Японии, в то время как китайская промышленность находилась в состоянии стагнации. [27]
Во время Второй мировой войны эмбарго против Японии привело к принятию синтетических материалов, таких как нейлон , [28] , что привело к упадку японской шелковой промышленности и ее позиции как ведущего экспортера шелка в мире. Сегодня Китай экспортирует самый большой объем сырого шелка в мире. [29]
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 Чанху-Даро предполагают, что шелководство , использующее нити дикого шелка от местных видов шелкопряда , существовало в Южной Азии во времена цивилизации долины Инда (сейчас в Пакистане и Индии), датируемой между 2450 г. до н.э. и 2000 г. до н.э. [30] [31] Шелаг Вайнкер, эксперт по шелку в Музее Эшмола в Оксфорде, которая видит доказательства производства шелка в Китае «значительно раньше», чем 2500–2000 гг. до н.э., предполагает, что «люди цивилизации Инда либо собирали коконы шелкопряда, либо торговали с людьми, которые это делали, и что они знали немало о шелке». [30]
Индия является вторым по величине производителем шелка в мире после Китая. Около 97% сырого шелка-шелка поступает из шести индийских штатов, а именно, Андхра-Прадеш , Карнатака , Джамму и Кашмир , Тамилнад , Бихар и Западная Бенгалия . [32] Северный Бангалор, место будущего «Шелкового города» стоимостью 20 миллионов долларов . Раманагара и Майсур , вносят вклад в большую часть производства шелка в Карнатаке. [33]
В Тамил Наду выращивание шелковицы сосредоточено в округах Коимбатур , Эрод , Бхагалпури , Тируппур , Салем и Дхармапури . Хайдарабад , Андхра-Прадеш , и Гобичеттипалаям , Тамил Наду , были первыми местами, где были автоматизированные шелкомотальные установки в Индии. [34]
В северо-восточном штате Ассам производятся три различных типа местного шелка, которые в совокупности называются шелком Ассам : шелк Муга , шелк Эри и шелк Пат . Муга, золотой шелк и Эри производятся шелкопрядами, которые водятся только в Ассаме. Их выращивают с древних времен, как и в других странах Восточной и Юго-Восточной Азии. [ требуется ссылка ]
Шелк производится в Таиланде круглый год двумя видами шелкопрядов: культивируемыми Bombycidae и дикими Saturniidae. Большая часть производства приходится на период после сбора риса в южной и северо-восточной частях страны. Женщины традиционно ткут шелк на ручных станках и передают мастерство своим дочерям, поскольку ткачество считается признаком зрелости и права на брак. Тайские шелковые ткани часто используют сложные узоры разных цветов и стилей. В большинстве регионов Таиланда есть свои собственные типичные шелка. Одна нить слишком тонка, чтобы использовать ее отдельно, поэтому женщины объединяют много нитей, чтобы получить более толстое, пригодное для использования волокно. Они делают это, вручную наматывая нити на деревянное веретено, чтобы получить однородную прядь сырого шелка. Процесс занимает около 40 часов, чтобы произвести полкилограмма шелка. Многие местные предприятия используют для этой задачи намоточную машину, но некоторые шелковые нити по-прежнему наматывают вручную. Разница в том, что нити, смотанные вручную, дают 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 естественную желтизну тайской шелковой пряжи. Для этого мотки шелковой нити погружаются в большие ванны с перекисью водорода . После промывки и сушки шелк ткут на традиционном ручном ткацком станке. [35]
Округ Раджшахи на севере Бангладеш является центром шелковой промышленности страны. В регионе производят три вида шелка: шёлк малбери, энди и тассар. Бенгальский шёлк был основным предметом международной торговли на протяжении столетий. В средневековой Европе он был известен как шёлк Ганга. Бенгалия была ведущим экспортёром шёлка между 16 и 19 веками. [36]
На фресках VII века н. э. в Афрасиабе в Самарканде , Согдиана , изображено китайское посольство, везущее шелк и нить коконов шелкопряда местному согдийскому правителю. [37]
В Торе алый предмет ткани, называемый на иврите «шени толаат» שני תולעת – буквально «багряный от червя» – описывается как используемый в церемониях очищения, таких как те, что следовали за вспышкой проказы (Левит 14), наряду с кедровым деревом и иссопом ( заатар ). Выдающийся ученый и ведущий средневековый переводчик еврейских источников и книг Библии на арабский язык , раввин Саадия Гаон , переводит эту фразу явно как «багряный шелк» – חריר קרמז حرير قرمز.
В исламских учениях мужчинам-мусульманам запрещено носить шелк. Многие религиозные юристы считают, что причина запрета заключается в избегании одежды для мужчин, которая может считаться женственной или экстравагантной. [38] Существуют споры относительно количества шелка, из которого может состоять ткань (например, допустимо ли небольшое декоративное шелковое украшение на хлопковом кафтане или нет), чтобы его было законно носить мужчинам, но доминирующее мнение большинства мусульманских ученых заключается в том, что ношение шелка мужчинами запрещено. Современная одежда подняла ряд вопросов, включая, 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 тот носил рубашку, «блестящую, как кожица сушеного лука» (различается в зависимости от перевода, здесь дословный перевод) [39] , что может относиться к блестящему качеству шелковой ткани. Аристотель писал о Coa vestis , диком шелковом текстиле с острова Кос . Морской шелк из определенных крупных морских раковин также ценился. Римская империя знала о шелке и торговала им , а китайский шелк был самым дорогим предметом роскоши, импортируемым ею. [24] Во время правления императора Тиберия были приняты законы о роскоши , запрещавшие мужчинам носить шелковую одежду, но они оказались неэффективными. [40] В Historia Augusta упоминается, что император Элагабал, живший в третьем веке, был первым римлянином, который носил одежду из чистого шелка, тогда как до этого было принято носить ткани из смесей шелка с хлопком или шелка с льном. [41] Несмотря на популярность шелка, секрет изготовления шелка достиг Европы только около 550 г. н. э. через Византийскую империю . Современные отчеты утверждают, что монахи, работавшие на императора Юстиниана I, контрабандой провозили яйца шелкопряда в Константинополь из Китая в полых тростях. [42] Все высококачественные ткацкие станки и ткачи находились внутри Большого дворцового комплекса в Константинополе, а произведенная ткань использовалась в императорских одеждах или в дипломатии, в качестве подарков иностранным сановникам. Оставшаяся часть продавалась по очень высоким ценам.
Италия была самым важным производителем шелка в средние века. Первым центром, который ввел производство шелка в Италии, был город Катандзаро в 11 веке в регионе Калабрия . Шелк Катандзаро снабжал почти всю Европу и продавался на большой рыночной ярмарке в порту Реджо-ди-Калабрия испанским, венецианским, генуэзским и голландским купцам. Катандзаро стал кружевной столицей мира с большим предприятием по разведению шелкопрядов, которое производило все кружева и полотна, используемые в Ватикане. Город был всемирно известен своим прекрасным изготовлением шелка, бархата, дамаска и парчи. [43]
Другим заметным центром был итальянский город-государство Лукка , который в значительной степени финансировал себя за счет производства и торговли шелком, начиная с XII века. Другими итальянскими городами, вовлеченными в производство шелка, были Генуя , Венеция и Флоренция . Область Пьемонт в Северной Италии стала основным районом производства шелка, когда были разработаны машины для метания шелка, работающие на воде. [44]
Шелковая биржа в Валенсии XV века, где ранее, в 1348 году, также продавалась перксаль ( percale ) как разновидность шелка, иллюстрирует мощь и богатство одного из крупнейших средиземноморских торговых городов. [45] [46]
Шелк производился и экспортировался из провинции Гранада , Испания, особенно из региона Альпухаррас , пока мориски , чьей промышленностью он был, не были изгнаны из Гранады в 1571 году. [47] [48]
Начиная с XV века производство шелка во Франции было сосредоточено вокруг города Лиона , где в XVII веке впервые появились многие механические инструменты для массового производства.
Яков I попытался наладить производство шелка в Англии, купив и посадив 100 000 тутовых деревьев, некоторые из которых находились на землях, прилегающих к дворцу Хэмптон-Корт , но они были неподходящими для шелковичных червей, и попытка провалилась. В 1732 году Джон Гуардивальо основал предприятие по производству шелка на фабрике Логвуд в Стокпорте ; в 1744 году в Маклсфилде была возведена мельница Бертон ; а в 1753 году в Конглтоне была построена старая мельница . [49] Эти три города оставались центрами английской индустрии по производству шелка до тех пор, пока его не заменило прядение шелковых отходов . Британские предприниматели также наладили производство шелковой нити на Кипре в 1928 году. В Англии в середине 20-го века сырой шелк производился в замке Луллингстоун в графстве Кент. Шелкопряды выращивались и разматывались под руководством Зои Леди Харт Дайк , а затем в 1956 году их переместили в Айот-Сент-Лоуренс в Хартфордшире. [50]
Во время Второй мировой войны поставки шелка для производства парашютов в Великобритании осуществлялись с Ближнего Востока Питером Гэддумом . [51]
Дикий шелк, взятый из гнезд местных гусениц, использовался ацтеками для изготовления контейнеров и бумаги. [55] [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 до сих пор, иногда прядут дикий шелк. [56]
Король Яков I ввел шелководство в британских колониях в Америке около 1619 года, якобы для того, чтобы воспрепятствовать 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 ранним центром шелковой промышленности в Америке, когда братья Чейни стали первыми в Соединенных Штатах, кто должным образом выращивал шелкопрядов в промышленных масштабах; сегодня в историческом районе братьев Чейни представлены их бывшие фабрики. [58] С помешательством на тутовых деревьях того десятилетия другие более мелкие производители начали выращивать шелкопрядов. Эта экономика особенно набрала обороты в окрестностях Нортгемптона, штат Массачусетс , и соседнего с ним Уильямсбурга , где возникло несколько небольших фирм и кооперативов. Среди наиболее известных из них была кооперативная утопическая Ассоциация образования и промышленности Нортгемптона, членом которой был Соджорнер Трут . [59] После разрушительного наводнения на реке Милл в 1874 году один из производителей, Уильям Скиннер, перенес свою фабрику из Уильямсбурга в тогда еще новый город Холиок . В течение следующих 50 лет он и его сыновья поддерживали отношения между американской шелковой промышленностью и ее аналогами в Японии [60] и расширили свой бизнес до такой степени, что к 1911 году комплекс Skinner Mill включал в себя крупнейшую шелковую фабрику под одной крышей в мире, а бренд Skinner Fabrics стал крупнейшим производителем шелкового атласа на международном уровне. [57] [61] Другие усилия, предпринятые позднее в 19 веке, также привели к появлению новой шелковой промышленности в Патерсоне, штат Нью-Джерси , где несколько фирм нанимали текстильных рабочих европейского происхождения и дали ему прозвище «Шелковый город» как еще один крупный центр производства в Соединенных Штатах.
Вторая мировая война прервала торговлю шелком из Азии, и цены на шелк резко возросли. [62] Американская промышленность начала искать заменители, что привело к использованию синтетики, такой как нейлон . Синтетический шелк также изготавливался из лиоцелла , типа целлюлозного волокна, и его часто трудно отличить от настоящего шелка (см. паучий шелк для получения дополнительной информации о синтетическом шелке).
В Тренгану , который сейчас является частью Малайзии , второе поколение шелкопряда импортировалось еще в 1764 году для шелковой текстильной промышленности страны, особенно для сонгкета . [63] 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 ткут его до сих пор.
Процесс производства шелка известен как шелководство . [64] Весь процесс производства шелка можно разделить на несколько этапов, которые обычно выполняются разными организациями. [ необходимо разъяснение ] Извлечение шелка-сырца начинается с выращивания шелкопрядов на листьях шелковицы. Как только черви начинают окукливаться в своих коконах, их растворяют в кипящей воде, чтобы извлечь отдельные длинные волокна и подать их на прядильную катушку. [65]
Для производства 1 кг шелка, 104 кг листьев тутового дерева должны быть съедены 3000 шелкопрядами. Для изготовления чистого шелкового кимоно требуется около 5000 шелкопрядов . [66] : 104 Основные производители шелка — Китай (54%) и Индия (14%). [67] Другие статистические данные: [68]
Воздействие на окружающую среду производства шелка потенциально велико по сравнению с другими натуральными волокнами. Оценка жизненного цикла производства индийского шелка показывает, что процесс производства имеет большой углеродный и водный след, в основном из-за того, что это волокно животного происхождения, и на единицу произведенного волокна требуется больше ресурсов, таких как удобрения и вода. [69]
Шелковые волокна шелкопряда Bombyx mori имеют треугольное поперечное сечение с закругленными углами, шириной 5–10 мкм . Тяжелая фиброиновая цепь состоит в основном из бета-слоев из-за 59-мерной аминокислотной повторяющейся последовательности с некоторыми вариациями. [70] Плоские поверхности фибрилл отражают свет под многими углами, придавая шелку естественный блеск. Поперечное сечение от других шелкопрядов может различаться по форме и диаметру: полумесяцеобразное у Anaphe и удлиненный клин у tussah . Волокна шелкопряда естественным образом выдавливаются из двух желез шелкопряда в виде пары первичных нитей (brin), которые склеиваются вместе с белками серицина, которые действуют как клей , образуя bave. [71] Диаметр bave для шелка tussah может достигать 65 мкм. См. цитированную ссылку для фотографий поперечного сечения SEM. [70]
Шелк имеет гладкую, мягкую текстуру, которая не скользит, в отличие от многих синтетических волокон .
Шелк — одно из самых прочных натуральных волокон, но при намокании теряет до 20% прочности. Он хорошо восстанавливает влагу — 11%. Его эластичность от умеренной до слабой: если его растянуть даже на небольшое количество, он останется растянутым. Он может ослабнуть, если подвергнется слишком сильному воздействию солнечного света. Он также может быть атакован насекомыми, особенно если его оставить грязным.
Одним из примеров долговечности шелка по сравнению с другими тканями является подъем в 1840 году шелковых предметов одежды с места крушения 1782 года : «Самым долговечным предметом, который удалось найти, был шелк; кроме кусков плащей и кружев, были найдены пара черных атласных бриджей и большой атласный жилет с клапанами, шелк которого был безупречен, но подкладка полностью отсутствовала... из-за распускания ниток... Никаких предметов одежды из шерстяной ткани пока не найдено». [72]
Шелк является плохим проводником электричества и, таким образом, подвержен статическому прилипанию . Шелк имеет высокую излучательную способность для инфракрасного света, что делает его прохладным на ощупь. [73]
Нестиранный шелковый шифон может дать усадку до 8% из-за релаксации макроструктуры волокон, поэтому шелк следует либо постирать перед изготовлением одежды, либо отдать в химчистку . Химчистка все равно может дать усадку шифону до 4%. Иногда эту усадку можно обратить вспять с помощью осторожного отпаривания с помощью прессовой ткани. Практически нет постепенной усадки или усадки из-за деформации на молекулярном уровне.
Известно, что натуральный и синтетический шелк проявляет пьезоэлектрические свойства в белках, вероятно, из-за своей молекулярной структуры. [74]
Шелк шелкопряда использовался в качестве стандарта для денье , меры линейной плотности волокон. Таким образом, шелк шелкопряда имеет линейную плотность приблизительно 1 ден, или 1,1 дтекс .
Шелк, выделяемый 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 . Водородные связи образуются между цепями, а боковые цепи ориентированы выше и ниже плоскости сети водородных связей.
Высокая доля (50%) глицина обеспечивает плотную упаковку. Это происходит потому, 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 сила прикладывается к этим многочисленным связям, 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 шелкопряда, при этом их молекулярная структура остается нетронутой. Шелковые волокна растворяются в крошечные нитевидные структуры, известные как микрофибриллы . Полученный раствор выдавливается через небольшое отверстие, заставляя микрофибриллы собираться в единое волокно. Сообщается, что полученный материал в два раза жестче шелка. [76]
Впитывающая способность шелка делает его удобным для ношения в теплую погоду и во время активности. Его низкая проводимость удерживает теплый воздух близко к коже в холодную погоду. Его часто используют для одежды, такой как рубашки , галстуки , блузки , вечерние платья , одежда высокой моды, подкладка , нижнее белье , пижамы , халаты , костюмы , сарафаны и традиционная азиатская одежда. Шелк также отлично подходит для защиты от насекомых, защищая владельца от комаров и слепней .
Ткани, которые часто изготавливаются из шелка, включают в себя атлас , шармез , хабутай , шифон , тафту , крепдешин , дюпиони , ворс , тусса и шантунг и другие.
Привлекательный блеск и драпировка шелка делают его пригодным для многих видов мебели . Он используется для обивки , настенных покрытий, оконных покрытий (если смешан с другим волокном), ковров , постельных принадлежностей и настенных украшений. [77]
Шелк имел множество промышленных и коммерческих применений, например, в парашютах , велосипедных шинах , в качестве наполнителя для одеял и артиллерийских пороховых мешков. [78]
Специальный производственный процесс удаляет внешнее серициновое покрытие шелка, что делает его пригодным в качестве нерассасывающегося хирургического шва . Иногда людям с атопическим дерматитом рекомендуют носить шелк , но, хотя он безопасен для кожи, он не улучшает симптомы этого состояния. [79] [80] [81]
Шелк начал использоваться в качестве биомедицинского материала для швов в хирургии еще во втором веке нашей эры. [82] За последние 30 лет он широко изучался и использовался в качестве биоматериала из-за его механической прочности , биосовместимости , регулируемой скорости деградации, легкости загрузки клеточных факторов роста (например, BMP-2) и его способности перерабатываться в несколько других форматов, таких как пленки, гели, частицы и каркасы. [83] Шелк от Bombyx mori , разновидности культивируемого шелкопряда, является наиболее широко исследованным шелком. [84]
Шелк, полученный из Bombyx mori, обычно состоит из двух частей: волокна фиброина шелка , которое содержит легкую цепь 25 кДа и тяжелую цепь 350 кДа (или 390 кДа [85] ), связанных одной дисульфидной связью [86] и клееподобного белка серицина , составляющего от 25 до 30 процентов по весу. Фиброин шелка содержит гидрофобные блоки бета-слоев , прерываемые небольшими гидрофильными группами. Бета-слои вносят большой вклад в высокую механическую прочность шелковых волокон, которая достигает 740 МПа, что в десятки раз больше, чем у полимолочной кислоты, и в сотни раз больше, чем у коллагена . Эта впечатляющая механическая прочность сделала фиброин шелка очень конкурентоспособным для применения в биоматериалах. Действительно, шелковые волокна нашли свое применение в инженерии сухожильных тканей, [87] где механические свойства имеют большое значение. Кроме того, механические свойства шелка от различных видов шелкопрядов сильно различаются, что обеспечивает больший выбор для их использования в тканевой инженерии.
Большинство изделий, изготовленных из регенерированного шелка, являются слабыми и хрупкими, имея лишь ≈1–2% от механической прочности натуральных шелковых волокон из-за отсутствия соответствующей вторичной и иерархической структуры,
Биосовместимость, то есть, на каком уровне шелк вызовет иммунный ответ, является критически важным вопросом для биоматериалов. Этот вопрос возник во время его все более широкого клинического использования. Воск или силикон обычно используются в качестве покрытия, чтобы избежать изнашивания и потенциальных иммунных ответов [83] , когда шелковые волокна служат шовным материалом. Хотя отсутствие подробной характеристики шелковых волокон, такой как степень удаления серицина, поверхностные химические свойства материала покрытия и используемый процесс, затрудняют определение реального иммунного ответа шелковых волокон в литературе, обычно считается, что серицин является основной причиной иммунного ответа. Таким образом, удаление серицина является важным шагом для обеспечения биосовместимости при применении шелка в качестве биоматериала. Однако дальнейшие исследования не смогли четко доказать вклад серицина в воспалительные реакции на основе изолированного серицина и биоматериалов на основе серицина. [89] Кроме того, фиброин шелка демонстрирует воспалительную реакцию, аналогичную реакции пластика для тканевой культуры in vitro [90] [91] при оценке с человеческими мезенхимальными стволовыми клетками (hMSCs) или ниже, чем коллаген и PLA при имплантации крысиных МСК с пленками фиброина шелка in vivo. [91] Таким образом, надлежащая дегуммация и стерилизация обеспечат биосовместимость фиброина шелка, что дополнительно подтверждается экспериментами in vivo на крысах и свиньях. [92] По-прежнему существуют опасения относительно долгосрочной безопасности биоматериалов на основе шелка в организме человека в отличие от этих многообещающих результатов. Несмотря на то, что шелковые швы хорошо служат, они существуют и взаимодействуют в течение ограниченного периода времени в зависимости от заживления ран (несколько недель), что намного короче, чем в тканевой инженерии. Еще одна проблема возникает из-за биодеградации, поскольку биосовместимость фиброина шелка не обязательно гарантирует биосовместимость разложившихся продуктов. Фактически, продукты распада фиброина шелка вызывают различные уровни иммунных реакций [93] [94] и заболевания [95] .
Биоразлагаемость (также известная как биодеградация ) — способность распадаться биологическими методами, включая бактерии, грибки и клетки — является еще одним важным свойством биоматериалов. Биоразлагаемые материалы могут минимизировать боль пациентов от хирургических операций, особенно в тканевой инженерии, поскольку нет необходимости в хирургическом вмешательстве для удаления имплантированного каркаса. Ван и др. [96] показали деградацию шелка in vivo с помощью водных 3D-каркасов, имплантированных крысам Льюиса. Ферменты — это средства, используемые для достижения деградации шелка in vitro. Протеаза XIV из Streptomyces griseus и α-химотрипсин из поджелудочной железы крупного рогатого скота — два популярных фермента для деградации 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 имеет преимущества в некоторых аспектах биодеградации. Кислотные продукты деградации 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, опосредуя содержание бета-листов .
Генетическая модификация одомашненных шелкопрядов использовалась для изменения состава шелка. [97] Помимо возможного облегчения производства более полезных типов шелка, это может позволить шелкопрядам производить другие промышленно или терапевтически полезные белки. [98]
Шелкопряды откладывают яйца на специально подготовленную бумагу. Яйца вылупляются, и гусеницы (шелкопряды) кормятся свежими листьями шелковицы . Примерно через 35 дней и 4 линьки гусеницы становятся в 10 000 раз тяжелее, чем когда вылупились, и готовы начать плести кокон. Над поддоном с гусеницами помещают соломенную рамку, и каждая гусеница начинает плести кокон, двигая головой по определенному шаблону. Две железы вырабатывают жидкий шелк и проталкивают его через отверстия в голове, называемые прядильными органами. Жидкий шелк покрыт серицином, водорастворимой защитной смолой, и затвердевает при контакте с воздухом. В течение 2–3 дней гусеница плетет около одной мили (1,6 км) нити и полностью заключает себя в кокон. Затем шелководы нагревают коконы, чтобы убить их, оставляя некоторых для превращения в моль для выведения следующего поколения гусениц. Собранные коконы затем замачивают в кипящей воде, чтобы смягчить серицин, удерживающий шелковые волокна вместе в форме кокона. Затем волокна разматывают, чтобы получить непрерывную нить. Поскольку одна нить слишком тонка и хрупка для коммерческого использования, от трех до десяти нитей прядут вместе, чтобы сформировать одну нить шелка. [99]
Поскольку процесс сбора шелка из кокона убивает личинки путем кипячения, шелководство подверглось критике со стороны активистов по защите животных, [100] включая организацию «Люди за этичное обращение с животными» (PETA), которые призывают людей не покупать изделия из шелка. [101]
Махатма Ганди критиковал производство шелка из-за своей философии ахимсы (ненасилия), которая привела к продвижению хлопка и ахимса-шёлка , разновидности дикого шёлка , изготавливаемого из коконов диких и полудиких шелкопрядов. [102]
собранные из больших коконов-сеток Gloveria psidii (= Sagana sapotoza) и склеенные вместе для получения своего рода жесткой ткани или бумаги, были важным предметом торговли в Мексике во времена Монтесумы II.
{{cite journal}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ))рекомендовал использовать шелковую нить, когда она была доступна.
шелка вызывает мучительную смерть насекомых