Сильный, Гибкий Шелк Паука, Созданный В Лаборатории

{h1}

Подражая условиям, обнаруженным в шелковых протоках настоящего паука, исследователи создали прочный шелк паука, который можно было бы массово производить.

Мы построили небоскребы, самолеты, которые летают быстрее, чем коллайдеры звука и частиц, в миле от поверхности Земли.

Тем не менее, в некотором смысле, скромный маленький домашний паук заставил людей биться: шелковистые нити, которые пауки используют, чтобы поймать добычу в ловушку, являются удивительными достижениями естественной инженерии. Шелк паука фунт за фунт, дюйм за дюймом может поглощать огромное количество энергии, не разрываясь на части. Он прочнее стали, но эластичнее резины.

Теперь ученые создали синтетический шелк паука со многими из тех же свойств, что и его дикий аналог, и они могут производить его в больших масштабах - преодолев два ограничения, которые поставили в тупик прошлые исследования в этой области. [Удивительные фотографии искусственного шелка паука]

Жесткая и эластичная

Охота на натуральную имитацию шелка паука не нова. Например, в 2010 году Национальный научный фонд финансировал проект по генетической инженерии коз для производства шелка пауков в их молоке, в то время как другие проекты были сосредоточены на массовом производстве белков шелка пауков, называемых «спидроинами», в дрожжах, бактериях и клетках насекомых. В 2015 году исследователи сообщили в журнале Biomaterials, что они использовали спидроины, вырабатываемые трансгенными козами, для формирования лесов для роста клеток мозга. [Биомимикрия: 7 умных технологий, вдохновленных природой]

«Поскольку пауки являются территориальными и производят небольшое количество шелка, любое промышленное применение шелка паука требует производства рекомбинантных спидроинов и создания искусственных волокон шелка паука», - писали исследователи в статье, опубликованной в понедельник (9 января) в журнале Nature Chemical. Биология.

Однако ранее созданные спидроины не были точными копиями тех, что были найдены у диких паукообразных. Инженерные протеины шелка, полученные в растворах, могут быть получены в неутешительно небольших количествах при низких концентрациях; они собирались вместе; и они не оставались растворенными в жидкостях, сообщили исследователи.

Более того, те нити, которые были изготовлены из шелка эрзац-паука, имели слабые физические свойства, если они не подвергались интенсивной обработке после первоначального создания, пишут исследователи.

Оказывается, что пауки естественным образом производят шелк в прядильных каналах, и что pH (насколько кислым является вещество) вдоль этой железы постепенно изменяется от 7,6 (слегка основных, то есть присутствовало больше отрицательно заряженных ионов) до менее 5,7. (кислый, означающий, что присутствовало больше положительно заряженных ионов). Согласно исследованию, проведенному в 2014 году в журнале PLOS Biology, этот сдвиг в pH подталкивает белки к изменению формы на своих концах, заставляя белки самостоятельно собираться, как блокировка и спусковой механизм. В то же время, проток, который сверху немного напоминает мозг с меньшими морщинами, сужается в тонкую трубку, и явная сила прохождения через трубку вытягивает волокна в нити, обнаружили исследователи.

Подражая паутину протоков

Команда задалась вопросом, может ли имитация условий в собственных шелковых железах паука привести к лучшим результатам. Они также заметили, что порции встречающихся в природе белков шелка пауков от разных видов пауков имели различный рН и способность растворяться.

Итак, исследователи объединили гены спидроина из двух видов пауков, чтобы создать гибридный ген шелка паука под названием NT2RepCT. NT2RepCT кодирует совершенно новый белок, который сочетает в себе лучшие свойства спидроинов двух видов: высокую растворимость и высокую чувствительность к pH. Затем они вставили ген гибридного белка шелка в ДНК бактерий, которые производили белки.

В конце концов, в результате этого процесса был получен высококонцентрированный раствор белков шелка паука, который выглядел мутным и вязким, точно так же, как настоящие белки шелка паука внутри шелковых желез. Затем они прокачали этот раствор через тонкий стеклянный капилляр, который имитировал сдвиг, который производил шелковое волокно паука в реальном мире, пишут исследователи в статье. Исследователи сообщили, что в результате этого процесса в колбе объемом 0,26 галлона (1 литр) было произведено 3280 футов (1000 метров) волокна.

«Волокна NT2RepCT после прядения имели качественно сходное поведение напряжения-деформации с нативным шелком паука в том, что они проявляли начальную упругую фазу вплоть до точки текучести», после которой шелк начал деформироваться, пишут исследователи в статье.

Кроме того, хотя синтетический шелк паука действовал во многом как настоящий, он имел меньшую прочность и прочность на разрыв, чем его естественный аналог, что означает, что он легче ломается.

«Одним из возможных способов повышения ударной вязкости может быть прядение волокон NT2RepCT с диаметрами, близкими к диаметру нативного драглайнового шелка, поскольку это, по-видимому, влияет на механические свойства шелковых волокон», - пишут исследователи.

Первоначально опубликовано на WordsSideKick.com.





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com