Исследователи воссоздали сложную молекулярную структуру паучьего шелка.
Они разработали устройство, которое прядет шелк из искусственной железы, имитирующей природный процесс производства одного из самых прочных волокон в мире. Исследователи полагают, что после масштабирования новые ткани будут востребованы на рынке.
Исследователи из японского Центра наук об устойчивых ресурсах RIKEN создали искусственную шелковую железу, которая имитирует физические и химические изменения, происходящие в железах паука.
Биополимерное волокно паутины состоит из крупных белков с часто повторяющимися последовательностями — спидроинами. Кроме того, в прочном шелке бета-листы, молекулярные субструктуры внутри волокон, должны быть выровнены. Вдобавок ко всему, искусственная железа требовала точных микрофлюидных механизмов для самосборки белков в шелковые волокна, которые не только выглядели, но и вели себя как настоящие.
Искусственная железа, напоминающая невзрачную прямоугольную коробку с углубленными каналами, идущими по всей ее длине, стала результатом множества проб и ошибок в создании подходящей среды для функционирования сложных процессов, наблюдаемых у пауков.
Одной из ошибок было использование силы для проталкивания белков через микрофлюидную систему; для протягивания раствора спидроина через устройство требовалось отрицательное давление.
Но в результате исследователи смогли производить непрерывные шелковые волокна с выровненными бета-листами, придавая материалу характеристики, подобные природным. «Сборка волокон была спонтанной, чрезвычайно быстрой и легко воспроизводимой. Важно отметить, что волокна имели отчетливую иерархическую структуру, присущую натуральному шелковому волокну», — отметил Али Малай, соавтор исследования.
Недорогое и эффективное производство шелка паука может произвести революцию в текстильной промышленности, наносящей ущерб окружающей среде, считают ученые. А биосовместимость делает нити паутины идеальным решением для различных медицинских применений, включая наложение швов или искусственных связок.
