Создать аккаунт
Главные новости » Наука и технологии » Ученые прядут натуральный шелк из искусственной паутинной железы

Ученые прядут натуральный шелк из искусственной паутинной железы

7



Фото из открытых источников
Исследователям удалось создать устройство, которое прядет искусственную паутину, которая очень похожа на ту, которую производят пауки естественным путем. Искусственная шелковая железа смогла воссоздать сложную молекулярную структуру шелка, имитируя различные химические и физические изменения, которые естественным образом происходят в шелковой железе паука.
 
Эта экологически чистая инновация является большим шагом на пути к устойчивому развитию и может повлиять на несколько отраслей. Исследование, проведенное Кейджи Нуматой из Центра наук об устойчивых ресурсах RIKEN в Японии вместе с коллегами из Кластера новаторских исследований RIKEN, было опубликовано в журнале Nature Communications.
 
Паучий шелк, известный своей прочностью, гибкостью и легким весом, имеет прочность на разрыв, сравнимую со сталью того же диаметра, а соотношение прочности к весу не имеет себе равных. Кроме того, он биосовместим, что означает, что его можно использовать в медицинских целях, а также он биоразлагаем. Так почему же все не сделано из паучьего шелка? Крупномасштабный сбор шелка пауков оказался непрактичным по нескольким причинам, поэтому ученым пришлось разработать способ его производства в лаборатории.
 
Паучий шелк — это биополимерное волокно, состоящее из крупных белков с часто повторяющимися последовательностями, называемых спидроинами. Внутри шелковых волокон имеются молекулярные субструктуры, называемые бета-листами, которые необходимо правильно выровнять, чтобы шелковые волокна приобрели свои уникальные механические свойства. Воссоздание этой сложной молекулярной архитектуры уже много лет сбивает с толку ученых. Вместо того, чтобы пытаться разработать процесс с нуля, ученые RIKEN применили подход биомимикрии.
 
«В этом исследовании мы попытались имитировать естественное производство паучьего шелка с помощью микрофлюидики, которая включает в себя поток и манипулирование небольшими количествами жидкостей через узкие каналы. Действительно, можно сказать, что шелковая железа паука функционирует как своего рода естественное микрофлюидное устройство», - объясняет Нумата.
 
Разработанное исследователями устройство выглядит как небольшая прямоугольная коробка с прорезанными в ней крошечными каналами. Раствор-предшественник спидроина помещают на один конец, а затем подтягивают к другому концу с помощью отрицательного давления.
 
Когда спидроины проходят через микрофлюидные каналы, они подвергаются точным изменениям в химической и физической среде, что становится возможным благодаря конструкции микрофлюидной системы. При правильных условиях белки самоорганизуются в шелковые волокна с характерной сложной структурой.
 
Исследователи экспериментировали, чтобы найти эти правильные условия, и в конечном итоге смогли оптимизировать взаимодействие между различными областями микрофлюидной системы. Среди прочего, они обнаружили, что применение силы для проталкивания белков не работает; только когда они использовали отрицательное давление для вытягивания раствора спидроина, удалось собрать непрерывные шелковые волокна с правильным характерным расположением бета-листов.
 
«Было удивительно, насколько надежной оказалась микрофлюидная система после того, как были установлены и оптимизированы различные условия», — говорит Али Малай, один из соавторов статьи. «Сборка волокон была спонтанной, чрезвычайно быстрой и легко воспроизводимой. Важно отметить, что волокна имели отчетливую иерархическую структуру, присущую натуральному шелковому волокну».
 
Возможность искусственно производить шелковые волокна с помощью этого метода может дать множество преимуществ. Мало того, что это может помочь уменьшить негативное воздействие, которое современное текстильное производство оказывает на окружающую среду, но биоразлагаемая и биосовместимая природа паучьего шелка делает его идеальным для биомедицинских применений, таких как шовный материал и искусственные связки.
 
«В идеале мы хотим оказать реальное влияние», — говорит Нумата. «Чтобы это произошло, нам необходимо расширить нашу методологию производства волокон и сделать ее непрерывным процессом. Мы также будем оценивать качество нашего искусственного паучьего шелка, используя несколько показателей, и на основе этого вносить дальнейшие улучшения».


0 комментариев
Обсудим?
Смотрите также:
Продолжая просматривать сайт echonedeli.ru вы принимаете политику конфидициальности.
ОК