Японские ученые совершили настоящий прорыв в области материаловедения: им удалось воспроизвести процесс производства паутины на искусственной железе, с высокой точностью копируя сложную молекулярную структуру природного паучьего шелка. Это открытие обещает изменить мир, подарив нам доступ к невероятно прочному и универсальному материалу, обладающему широким спектром применения.
Ранее попытки создания искусственного паучьего шелка сталкивались с серьезными трудностями. Этот биополимер состоит из крупных белков с повторяющимися последовательностями, известных как "спидроины". Для придания шелку его выдающихся свойств молекулярные подструктуры, бета-слои, должны быть строго выровнены.
Ключевым достижением стало создание искусственной железы, имитирующей физические и химические процессы, происходящие в организме настоящего паука. Результатом работы стал миниатюрный микрофлюидный аппарат, управляющий потоками и манипулирующий белковыми растворами через микроскопические каналы.
"Мы попытались повторить естественное производство паучьего шелка с помощью микрофлюидики. Можно сказать, что паутинная железа — это своего рода природный микрофлюидный насос”, - поясняет Кейджи Нумата, руководитель исследования в RIKEN.
Процесс создания рабочей железы потребовал множества проб и ошибок. Одним из ключевых прорывов стало изменение способа перемещения белкового раствора: вместо принудительного давления пришлось использовать вакуум.
В итоге ученым удалось получить непрерывное волокно паучьего шелка с правильно выровненными бета-слоями, которые наделяют этот материал его выдающимися свойствами.
“Главное преимущество нашего метода — высокая воспроизводимость. Предыдущие попытки сталкивались с проблемами масштабирования, в то время как содержание настоящих пауков для добычи шелка попросту нецелесообразно. Недорогое и эффективное производство искусственного паучьего шелка способно революционизировать текстильную промышленность, наносящую значительный ущерб окружающей среде. Кроме того, его биосовместимость делает его идеальным кандидатом для различных медицинских применений, включая хирургические нити, искусственные связки и операции на соединительных тканях”, - говорит Али Малай, соавтор исследования.
Теперь ученые планируют масштабировать технологию производства волокон и сделать процесс непрерывным. Также они намерены провести тщательную оценку качества искусственного паучьего шелка и, при необходимости, дополнительно улучшить его.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
