Международная команда исследователей разработала методику, которая позволяет получить около километра искусственной паутины всего лишь из сотни миллиграммов белка. При этом материал по прочности практически не уступает натуральному аналогу (а шёлк, как известно, намного прочнее, чем кажется на первый взгляд).
Нити путины уникальны по своим свойствам – они сочетают эластичность с прочностью. Многие команды исследователей уже давно пытаются воссоздать искусственные материалы, хотя бы отдалённо напоминающие природную паутину, однако в ходе новой работы учёным удалось даже больше.
Тщательно изучив анатомию пауков, они сумели сконструировать прядильное устройство, которое создаёт синтетический шёлк. Причём, как утверждают разработчики, такое изготовление материала дешевле и проще по сравнению с производством натурального волокна (видимо, речь идет о "дойке" пауков).
Паутина состоит из белковых молекул спидроинов – они содержатся в шёлковых железах в виде высококонцентрированного раствора. Когда пауку необходима паутина, он выделяет этот жидкий вязкий секрет через специальные узкие трубки (они расположены на концах шести паутинных бородавок на брюшке паука). По мере продвижения раствора по такой трубке он попадает в среду с большей кислотностью и давлением. Благодаря этому спидроины объединяются и формируют длинные волокна прочнее стали.
Все эти характеристики делают паутину перспективным материалом для многих отраслей, однако проблема в том, что её крайне сложно изготовить. До этого учёные умели синтезировать спидроины, но не плести из них нити.
Учёные из Китая, Испании, Великобритании и Швеции совместно создали собственный аналог паучьих трубок из стеклянных капиллярных трубок диаметром 10-30 микрометров. Для производства белка команда использовала бактерии кишечной палочки. В итоге из литра культуры получилось выделить 125 миллиграммов чистого белка.
При продавливании через трубочки давление и кислотность заставили молекулы соединиться в нити, которые учёные наматывали на катушку. Таким образом они получили из тех самых 125 миллиграммов около километра волокна.
Примечательно, что при тестировании материал оказался эластичнее и прочнее других известных видов искусственной паутины, хотя он и уступал настоящему шёлку.
Авторы говорят о ещё одном плюсе: технология отличается стабильностью производимого белка. К примеру, при температуре 4°С спидроин может храниться неделями, а при -20°С – месяцами, не теряя способности формировать паутину.
Подробности исследования описаны в научной статье, вышедшей в издании Nature Chemical Biology.
Напомним, что ранее корреспонденты "Вести.Наука" рассказывали о том, как китайские учёные усовершенствовали свойства природного шёлка, добавив в рацион шелкопряда графен и углеродные нанотрубки. Кроме того, шёлк помог стабилизировать лекарственные средства – сохранять вакцины и антибиотики в активном состоянии при температурах до 60 градусов по Цельсию в течение длительного времени.
