Возможность производить искусственный паутинный шелк уже давно является мечтой многих ученых, но до сих пор все попытки были связаны с агрессивными химическими веществами и привели к созданию волокон с ограниченным использованием. Теперь группа исследователей из Шведского университета сельскохозяйственных наук и Каролинского института шаг за шагом разработала работающий метод. Сегодня они сообщают, что могут производить нити километровой длины, которые впервые напоминают настоящий паутинный шелк.
Результаты опубликованы в журнале Nature Chemical Biology.
Шелк паука является привлекательным материалом - он хорошо переносится при имплантации в ткани, он легкий, но прочнее стали, а также является биоразлагаемым. Однако пауков трудно содержать в неволе, и они прядут небольшое количество шелка. Следовательно, любое крупномасштабное производство должно включать использование белков искусственного шелка и процессов прядения. Процесс биомиметического прядения (имитирующий природу), вероятно, является лучшим способом производства волокон, напоминающих настоящий паучий шелк. До сих пор это было невозможно из-за трудностей с получением водорастворимых белков шелка пауков из бактерий и других производственных систем, и поэтому в ранее описанных процессах прядения использовались сильные растворители.
Шелк паука состоит из белков, которые хранятся в виде водного раствора в шелковых железах, прежде чем превратиться в волокно. Исследователь Анна Райзинг и ее коллеги Ян Йоханссон и Марлен Андерссон из Шведского университета сельскохозяйственных наук и Каролинского института ранее показали, что в шелковой железе паука существует впечатляющий градиент pH, и что этот хорошо регулируемый градиент pH влияет на определенные части белков шелка паука и обеспечивает быстрое формирование волокна в определенном месте устройства для производства шелка.
Эти знания теперь были использованы для разработки искусственного белка шелка паука, который можно производить в больших количествах в бактериях, что делает производство масштабируемым и интересным с промышленной точки зрения.
«К нашему удивлению, этот искусственный белок так же растворим в воде, как и натуральный протеин шелка паука, а это означает, что можно сохранять растворимость белков в экстремальных концентрациях», - говорит Анна Райзинг.
Чтобы имитировать шелковую железу паука, исследовательская группа сконструировала простой, но очень эффективный и биомиметический прядильный аппарат, в котором они могут прясть волокна километровой длины только за счет снижения pH.
Это первый успешный пример прядения биомиметического паучьего шелка. Мы разработали процесс, который повторяет многие сложные молекулярные механизмы прядения натурального шелка. В будущем это может позволить промышленное производство искусственного паучьего шелка для биоматериала. приложений или для производства современного текстиля», - говорит Анна Райзинг.
Два видео можно найти на сайте университета: