Исследовательский проект по химии "Сверхпрочная паутина"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Кулаевская средняя общеобразовательная школа» Пестречинского муниципального района  Республики Татарстан Муниципальный проект «МЫ ИЗ БУДУЩЕГО» Авторский познавательно­исследовательский проект «СВЕРХПРОЧНАЯ ПАУТИНА» Руководитель проекта: Учитель биологии и химии  Чижикова Татьяна Михайловна «После   укуса   радиоактивного   паука   Питер   Паркер   обрёл   способность   выпускать   из   запястья   паутину.   Она   была достаточно прочна, чтобы выдержать полёт Человека­паука, но при этом достаточно гибкая, чтобы было возможным связывать ею преступников и оставлять их для поимки полицией! Мы задались вопросом, а каков химический состав паутины настоящих пауков? Может ли быть аналогичный состав у паутины Питера Паркера?» Мы решили разработать возможные модификации состава, чтобы показанное нам в фильме было хоть немного похоже на реальность? Участники проекта: Сысоева Мария, Гимадиева Камиля­ учащиеся 8 класса МБОУ «Кулаевская СОШ» Цель проекта:  разработать возможные модификации состава сверхпрочной паутины. Поставленные и решённые задачи:  1. Изучение уникальных особенностей паутины при проведении физико­химических опытов 2. Изучение химического состава паутины пауков. 3. Исследование  значения  паутины в природе и область использования паутины человеком. Методы исследования: анализ литературы, наблюдение, эксперимент, сравнительный анализ Предполагаемый результат: разработка химического состава сверхпрочной паутины Этапы проекта:  1. Этапы проекта 1. Подготовительный этап ­ Изучить литературные источники по теме;        2. Практический этап ­Проведение химического эксперимента: 1. Изучение   эластичности   паутины   (постепенно   растягивали   паутину   с   разными   усилиями   до   тех   пор,   пока   она   не порвалась). Данный эксперимент показал, что паутина  эластична, при повышенном давлении разрывается (имеет предел прочности). 2. 3. 4. 5. Влияние температуры окружающей среды на паутину (паутина помещалась в морозильную камеру холодильника и на жару на 24 часа ­ внешний вид паутины не изменился: ее цвет остался прежним, на паутинках не появился иней, на ощупь она не была холодной и оставалась липкой, свойства эластичности паутины сохранились). Данный эксперимент показал, что на   внешний   вид   паутины, ее   качество и свойства не   влияет высокая и низкая температура, а также резкий   перепад  температуры воздуха.  Изучение   особенностей   взаимодействия   паутины   с   водой   (смачивали   паутину   водой,   наблюдали,   растягивали, опускали в воду). Данный эксперимент показал, что паутина не впитывает воду и не растворяется водой; в воде – не тонет (легче воды), намоченная паутина растягивается лучше, чем сухая. Горение   паутины   (поджигали   паутину   и   резину,   сравнивали   реакцию   горения:   пламя   горения   паутины   красное   в середине, по краям синее, без выделения черного дыма. При горении ­ резкий запах жженого пера). Данный эксперимент показал, что паутина горит, образуя запах жженного пера, значит,  она натурального  происхождения.  Химический состав паутины (провели две характерные реакции для белков с азотной кислотой и биуретовую реакцию: в результате реакции паутины с азотной кислотой образовался сгусток желтого цвета; при взаимодействии паутины с гидроксидом меди произошло окрашивание раствора в фиолетовый цвет). Данный эксперимент показал, что в состав паутины   входит   белок;   поскольку   паутина   превратилась   в   сгусток   желтого   цвета,   значит,   в   белке   присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин. 3. Заключение и вывод. Изучая литературу по данному вопросу мы узнали, что нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон.  Основные составные части паутины — простейшие аминокислоты: глицин Н2NCН2СООН и аланин СН3СHNН2CООН. В паутине содержатся и неорганические вещества – гидрофосфат калия и нитрат калия. Мы предлагаем способ, позволяющий заставить пауков прясть беспрецедентно прочную шелковую паутину, которая  минимум в 3.5 раза прочней паутины, производимой пауками в обычных условиях, которая, как известно, является  вторым по прочности материалом естественного происхождения. Прочность и эластичность новой паутины настолько  высока, что сплетенная из нее сетка сможет остановить летящий самолет. Получить сверхпрочную паутину возможно  путём “опыления” пауков водным раствором графена и углеродных нанотрубок. Получение паутины производственным путем.  Если ученые создадут технологии, которые позволят производить искусственную паутину в промышленных масштабах,  то это откроет перед человечеством новые возможности. Из искусственной паутины можно будет создавать сверхпрочные и сверхлегкие бронежилеты, микропроводники, универсальные канаты, оптические волокна. Но основным потребителем  искусственной паутины, конечно, станет медицина. Уже сегодня в Израиле имеется патент на зубную паутинную нить. При переломах такую паутину можно вводить в места переломов и других повреждений тканей и костной системы  человека и использовать ее как каркас, на который будет нарастать новая ткань. Отторжения такой ткани не  будет.Промышленное производство биологической паутины откроет массу перспективных направлений в современной  биоинженерии. Ведущие компании принялись воспроизводить ее  путем синтеза белка и внедрение в кишечную палочку.  Долгое время этого не удавалось сделать. Это сделала компания AMSilk. После скрещивания молекул кишечной палочки  с генами садового паука­крестовика, они получили четыре вида паутины, с 20 степенями прочности. Компания уже продает готовый продукт синтезированной паучьей нити, косметическим фирмам по производству шампуней и другой  косметики. Шампуни, в которые входит такой элемент, делают волосы более гладкими, прочными, а заодно он и  восстанавливает их. В дальнейшем, на фармацевтических Многие рынках появятся спреи с эффектом заживления ран, на  основе паутины