Sutera labah-labah dari retort

Para saintis menghasilkan serat sintetik

Spider Web IMSI MasterClips
membaca dengan kuat

Para saintis telah berjaya mencipta semula proses pengeluaran benih sutera labah-labah di makmal buat kali pertama. Ia sekarang mungkin untuk mengkaji keadaan fizikal dan kimia yang tepat di mana protein sutera laba membentuk benang.

Ciptaan alam ini dapat mengatasi tekanan mekanikal yang melampau dan juga sangat elastik. Keputusan baru adalah penting bagi pengeluaran biomaterial tiruan, menurut para penyelidik di sekitar ahli biofisika Sebastian Rammensee dari Universiti Teknikal Munich (TUM) dalam jurnal "Prosiding Akademi Sains Kebangsaan" (PNAS).

Stretchy and tear-resistant

Web labah-labah sangat elastik, tetapi juga sangat tahan air. Hanya kemudian ia dapat menyerap kesan serangga yang melayang dalam penerbangan penuh. Jaring berhutang sifat elastik istimewa ini kepada benang yang mana ia berputar. Sekiranya mungkin menghasilkan sutera labah-labah pada skala perindustrian, ia akan menarik sebagai bahan untuk banyak aplikasi.

Sebagai contoh, benang laba-laba adalah sesuai untuk menyedut luka kerana serat tidak ditolak oleh sistem ketahanan badan. Malah saraf saraf terputus boleh diperbaiki dengan sutera labah-labah, di mana bahan itu menyumbang kepada hakikat bahawa sel-sel saraf tumbuh bersama sekali lagi. Sesetengah saintis juga bermimpi untuk menggantikan serat plastik yang digunakan hari ini dengan sutera labah-labah, untuk menjadi bebas daripada minyak yang lebih mahal.

Setakat ini, pengeluaran benang sutera labah-labah telah gagal disebabkan oleh fakta bahawa kanibalisme haiwan menjadikannya mustahil untuk membiak labah-labah secara besar-besaran. Benang masing-masing terdiri daripada campuran spesifik blok bangunan protein yang berbeza, yang digabungkan dalam satu saluran. paparan

Benang sutera labah-labah dari makmal Universiti Teknikal Munich: Salah satu daripada dua protein yang diperlukan untuk pembentukan thread dilabelkan dengan pewarna neon. © Sebastian Rammensee

Kimia mestilah betul

Labah-labah membuat pelbagai jenis sutera bergantung kepada permohonan itu. Benang yang dihasilkan menarik labah-labah keluar dengan kakinya dan dengan itu menyediakan aliran yang diperlukan dalam saluran. Walau bagaimanapun, bagi protein untuk bergabung menjadi benang yang stabil, kimia juga mesti betul. Kerana rantai protein pada awalnya dibubarkan dan menempati struktur rawak di dalam bilik. Sel spinneret menambah kalium fosfat dan asid untuk membentuk struktur beta-sheet yang dipanggil. Di dalamnya, molekul bersebelahan sangat dihubungkan oleh interaksi biasa banyak ikatan lemah, yang memberikan sutera labah-labah kestabilan yang besar.

Setakat ini, sukar untuk mengkaji proses berputar, kerana proses mikroskopik tidak dapat dilihat secara langsung dalam labah-labah. Pada masa yang sama, hampir tidak ada peluang mendapatkan bahan mentah, blok bangunan protein, dalam jumlah yang cukup besar. Sementara itu, pengeluaran protein di makmal yang menggunakan bakteria yang diprogram secara genetik tidak lagi menjadi masalah. Sebagai sebahagian daripada projek kerjasama, Ute Slotta dari Universit t Bayreuth dapat menghasilkan protein spider-thread yang diperlukan dalam kuantiti yang mencukupi.

Saluran berputar berjaya dibina semula

Rammensee dari pasukan Profesor Andreas Bausch di Universiti Teknikal Munich kini berjaya di makmal untuk meniru saluran pemintalan dan dengan itu menentukan keadaan kimia dan fizikal yang tepat di mana membentuk benang sutera yang stabil dalam saluran itu.

Imej ruang reaksi: Reagen diberi makan dari kanan. Di tengah-tengah penyempitan yang dilihat, yang menyumbang secara signifikan kepada pembentukan benang. R Sebastian Rammensee

Jantung percubaan adalah plat Plexiglas nipis dengan saluran kecil, masing-masing kira-kira 100 mikron lebar, hampir tidak lebih tebal daripada rambut manusia. Melalui saluran, penyelesaian mengalir dengan komponen protein sutera labah-labah dan bahan kimia tambahan yang diperlukan untuk proses pengeluaran. Terima kasih kepada teknik ini yang dipanggil "mikfluidik", eksperimen aliran dengan jumlah cecair yang sangat kecil dapat dilakukan di ruang terkecil dan mensimulasikan kondisi yang berlaku di saluran berputar.

Penyelidik Munich telah mencuba banyak variasi campuran protein sutera dan aliran untuk penyiasatan mereka. Mereka menyiasat dua jenis protein sutera yang juga berlaku dalam serat labah-labah semulajadi dalam campuran: eADF3 dan eADF4 - eADF bermaksud Araneus diadematus fibroin (yang protein labah-labah taman).

Penyelesaian protein yang stabil

Hasil yang paling penting dalam percubaan: Benang stabil dibentuk hanya jika larutan protein tidak stabil dengan tepat apabila ada aliran pemanjangan yang dipanggil: Penyempitan saluran dalam mempercepat aliran. Perubahan dalam aliran ini memastikan bahawa agregat sutra laba sfera sebelumnya berinteraksi satu sama lain dan ditarik ke dalam benang.

Diperhatikan bahawa penting untuk menggunakan protein eADF3 untuk membuat benang. Dalam penyelesaian yang mengandungi hanya protein eADF4, mereka tidak bergabung untuk membentuk benang sutera stabil, tetapi tetap dalam bentuk sfera. Sebaliknya, protein eADF3 sahaja mencukupi untuk membentuk struktur lembaran beta yang diperlukan untuk kegunaan yang stabil. Walau bagaimanapun, pengukuran menunjukkan bahawa campuran eADF4 memastikan kehidupan yang lebih panjang daripada benang.

Komen Bausch mengenai hasilnya: "Di sini kita telah cuba mencipta semula dan memahami alam semulajadi. Kami telah mengambil langkah tegas dalam perjalanan ke biomaterial yang dihasilkan buatan. "

(idw - Universiti Teknikal Munich, 30.04.2008 - DLO)