Одной из самых волнующих тем в области материаловедения и биохимических исследований на сегодняшний день является разгадка тайны паучьего шелка.
Мы часто слышим, что белковые волокна, которые по прочности превосходят стальные волокна, обладают потенциалом изменить мир, каким мы его знаем. Однако, несмотря на десятилетия исследований, никто не смог массово наладить производство паучьего шелка, прежде всего потому, что точный метод его изготовления до сих пор не известен.
На шаг ближе к пониманию подошли исследователи из Высшей инженерной школы Киотского университета (Kyoto University's Graduate School of Engineering), которые сообщают о новом способе получения паучьего шелка. Ключом к созданию паучьего шелка является сочетание процесса окисления и процесса, известного как разделение жидкой фазы (liquid-liquid phase separation) или LLPS.
Паучий шелк состоит из белков, называемых спидроин. У паука есть железа, которая плотно заполнена спидроинами, который в жидком состоянии, называемом допингом", - объясняет Али Малай, автор исследования, опубликованного в журнале Science Advances.
"Эта жидкость быстро превращается в жесткий и структурно сложный шелк. Чтобы выяснить, как именно это происходит, мы решили получше изучить спидроин. Для этого мы разработали искусственные спидроины, которые очень похожи на те, что встречаются в природе."
Разработка белка была нелегкой задачей, но ученые остановились на использовании специфического спидроина под названием MaSp2, одного из наиболее распространенных белков паучьего шелка, и который растворимы в воде.
После выделения искусственного белка паучьего шелка команда начала наблюдать за его активностью в различных химических условиях, пытаясь понять, какие ключевые химические изменения необходимы для превращения жидкой фазы в твердую.
"Мы впервые увидели, как белок собирается в небольшие сгустки. Но когда мы добавили фосфат калия, он мгновенно начал конденсироваться в большие капли высокой плотности", - объясняет Малай. "Это явление, известное как разделение жидкой фазы довольно часто происходит в клетках, когда капли жидкости изменяют свой размер и плотность в зависимости от окружающей среды."
Но это была только одна часть головоломки. Что нужно, чтобы превратить эту жидкую фазу в шелковые волокна? Ответ оказался простым рН. Когда команда понизила рН раствора, шарики начали сливаться вместе, образуя тонкую сеть волокон.
Как LLPS, так и формирование волоконной сети происходило настолько спонтанно, что это было видно в реальном времени. Более того, когда волоконная сеть подвергалась механическому воздействию, она начинала организовываться в иерархическую структуру, подобную паучьему шелку.
"Паучий шелк часто превосходит самые современные искусственные материалы, и изготовление этих синтетических волокон часто зависит от вредных органических растворителей и высоких температур. Что в нашем случаем невероятно, так это то, что мы смогли создать паучий шелк, используя воду в качестве растворителя и при температуре окружающей среды", - заключает Кейджи Нумата, руководитель исследования.
"Если мы научимся подражать механизмам создания паучьего шелка, то это может оказать глубокое влияние на будущее производства."
Если понравилась статься, подпишись на наш канал и социальные сети. Ставь палец вверх - нам будет приятно, да и вам плюсик к карме :)
Возможно вам будет также интересно: