Stærk, Fleksibel Spider Silke Oprettet I Lab

{h1}

Ved at efterligne forholdene i en ægte edderkops silkekanaler har forskere skabt stærk edderkoppesilke, der kunne masseproduceres.

Vi har bygget skyskrabere, fly, der rejser hurtigere end lyd og partikelkollider en kilometer under jordens overflade.

Alligevel har den ydmyge lille huskrydder på nogle måder fået mennesker til at slå: Silketråden edderkopper bruger til at lette bytte er fantastiske præstationer af naturteknik. Pund-for-pund, inch-for-inch, edderkoppesilke kan absorbere enorme mængder energi uden at skille fra hinanden. Det er stærkere end stål, men mere springende end gummi.

Nu har forskere skabt en syntetisk edderkopsilke med mange af de samme egenskaber som sin vilde modstykke, og de kan producere det i stor skala - overvinde to begrænsninger, der har stymied tidligere forskning i området. [Fantastiske billeder af den kunstige spindelsilke]

Hård og elastisk

Jakten på en naturlig efterligning til edderkoppesilke er ikke noget nyt. For eksempel finansierede National Science Foundation i 2010 et projekt til genetisk manipulerende geiter for at producere edderkoppesilke i deres mælk, mens andre projekter fokuserede på masseproducerende edderkoppesilkeproteiner, kaldet "spidroins" i gær, bakterier og insektceller. I 2015 rapporterede forskere i tidsskriftet Biomaterialer, at de havde brugt spidroiner fremstillet af transgene geiter til dannelse af stilladser til dyrkning af hjerneceller. [Biomimicry: 7 Clever Technologies Inspireret af Nature]

"Da edderkopper er territoriale og producerer små mængder silke, kræver enhver industriel anvendelse af edderkoppesilke produktion af rekombinante spidroiner og generering af kunstige edderkoppesilkefibre", skrev forskerne i et papir, der blev offentliggjort mandag den 9. januar i tidsskriftet Nature Chemical Biologi.

Tidligere manipulerede spidroiner var imidlertid ikke replikaer af dem, der blev fundet i vilde arachnider. De fremstillede silkeproteiner fremstillet i opløsninger kunne produceres i skuffende små mængder ved lave koncentrationer; de ville klumpe sammen; og de blev ikke opløst i væsker, rapporterede forskerne.

Desuden blev de udskårne eddikesilke-tråde, der blev produceret, mangelfuld fysiske egenskaber, medmindre de blev behandlet meget efter den første oprettelse, skrev forskerne.

Det viser sig, at edderkopper naturligt producerer silke i silke-spindingskanaler, og at pH-værdien (hvor sur et stof er) langs denne kirtel varierede gradvist fra ca. 7,6 (lidt grundlæggende, hvilket betyder, at der var mere negativt ladede ioner til stede) til mindre end 5,7 (sur, hvilket betyder, at der var mere positivt ladede ioner til stede). Dette skift i pH skubber proteinerne for at ændre form i deres ender, hvilket får proteinerne til at samle sig selv som en lås-og-trigger, ifølge en 2014-undersøgelse i tidsskriftet PLOS Biology. Samtidig er kanalen, som øverst ser lidt ud som en lidt mindre rynket hjerne, indsnævret til et tyndt rør, og den rene kraft at gå gennem røret trækker fibrene i tråde, fandt forskerne.

Mimicking spider kanaler

Holdet undrede sig over, om man efterligner betingelserne i edderkoppens egne silkekirtler, kunne give bedre resultater. De bemærkede også, at dele af naturligt forekommende edderkoppesilkeproteiner fra forskellige arter af edderkopper havde en anden pH og evne til at opløse.

Så kombinerede forskerne spidroin-gener fra to edderkopparter for at skabe et hybrid-spider-silkegen kaldet NT2RepCT. NT2RepCT kodede for et helt nyt protein, der kombinerede de bedste egenskaber fra spidroins af de to arter: høj opløselighed og høj følsomhed over for pH. De indsatte derefter genet for hybrid silkeproteinet i DNA'et af bakterier, som producerede proteinerne.

I sidste ende producerede denne proces en stærkt koncentreret opløsning af edderkopsilkeproteiner, som så overskyet og viskøs, ligesom ægte edderkopsilkeproteiner gør inden for silkekirtlerne. Derefter pumpede de denne løsning gennem en tynd glaskapillær, som efterligner den skære, der producerede edderkopsilkefiber i den virkelige verden, skrev forskerne i papiret. Denne proces producerede 3,280 fod (1 000 meter) fiber i en 0,26 gallon (1 liter) kolbe, rapporterede forskerne.

"De spidsede NT2RepCT-fibre havde en kvalitativt lignende stress-stammeadfærd til indfødte edderkoppesilke, idet de viste en initial elastisk fase op til et udbyttepunkt," hvorefter silken begyndte at deformere, skrev forskerne i papiret.

Også, mens den syntetiske edderkoppesilke virkede meget som den virkelige ting, havde den lavere sejhed og trækstyrke end dens naturlige modstykke, hvilket betyder, at det bryder lettere.

"En mulig måde at øge sejheden på kan være at spinde NT2RepCT-fibre med diametre tættere på den af ​​native dragline-silke, da dette tilsyneladende har indvirkning på de mekaniske egenskaber af silkefibre," forskerne skrev.

Oprindeligt udgivet på WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com