• Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Связаная биохимиками паутина обошло по характеристикам настоящую

Связаная биохимиками паутина обошло по характеристикам настоящую

Чрезвычайной прочности и устойчивости на разрыв паутины наконец удалось достичь в лаборатории — связаный учеными образец превзашел оригинал.

Его плели из молекул спидроина — белка, который используют сами пауки. Искусственная паутина выдержала нагрузки в один кигапаскаля и продемонстрировало ударную вязкость в 161 мегаджоуль на кубический метр. Это больше возможности паутины по крайней мере двух видов пауков, сообщают ученые в ACS Nano. Паутина является одним из самых прочных природных материалов, демонстрирует уникальное сочетание высокой прочности на разрыв и пластичности. Пока прочность паутины может достигать 1,3 гигапаскаля, прочность некоторых марок стали не превышает нескольких сотен мегапаскалей. И поэтому способ ее получения в промышленных масштабах чрезвычайно волнует как биохимиков, так и инженеров, ведь есть множество приложений, требующих использования особо прочных нитей микро метровой толщины от ударопрочного текстиля до хирургических приспособлений. Однако, разработку таких материалов очень ограничивает тот факт, что пауков достаточно сложно выращивать (в отличие от тех же шелкопрядов), а достижение прочности на разрыв в несколько гигапаскалей с ударной вязкостью более 150 мегаджоулей на кубический метр в искусственно выращенном паутине оказалось чрезвычайно трудным .

Главными материалами, из которых пауки плетут паутину более прочный белок спидроин I (Spidroin), в который входит аминокислота аланин, и упругий спидроин II, содержащий глицин. Однако в лабораториях цепочки этих молекул выходили слишком короткими, поэтому по своим механическим свойствам значительно отставали от своего природного аналога. Исследования показывали, что именно кристалличность волокон паутины влияет на ее механические свойства: у пауков она варьируется от 10% до 50, в зависимости от вида. Впрочем, паутина, полученное в процессе искусственного прядения, наоборот, не имеет таких структур внутри, вероятно через процесс изготовления. В своей работе ученые обратили внимание на белок амилоид, который демонстрирует сильное взаимодействие внутри бета-структур, а потому способен к формированию бета-слоев, поспособствуя образованию кристаллов во время искусственного прядения паутины в лаборатории.

Во время своего эксперимента ученые разработали новый тип гибридного белкового волокнистого материала, в котором десятки и сотни связанных с гибкими богатыми глицином пептидными последовательностями амилоидных пептидов образуют бета-слоя. В результате на основе синтетической ДНК (чтобы избежать повторения кодирующих последовательностей) получили гибридный полимерный амилоидный белок, содержащий 128 повторяющихся участков спидроину. Это меньше, чем в предыдущей работе (там было 192), однако выше кристалличность компенсирует возможную нехватку прочности. В ходе испытаний, паутина выдержала нагрузки в один гигапаскаль и показало среднюю вязкость около 161 мегаджоуль на кубический метр.

Это превосходит большинство синтетических разработок, а также естественных паукообразных двух видов: пауков — Nephila clavipes и Argiope trifasciata. Все волокна показали значительно более высокую степень кристалличности — от 15 до 19% по сравнению с 4,2% в предыдущих работах. Интересно, что полученные таким образом белки можно очищать с помощью процесса аффинной хроматографии вместо гораздо более трудоемкого процесса с использованием реакции селективной преципитации, необходимой для высокомолекулярного рекомбинантного спидроину. Это дополнительно упрощает процесс производства и снижает его стоимость. По словам ученых, эта стратегия дизайна и биосинтеза белка может быть потенциально расширена на другие амилоидные последовательности, способные к образованию бета-слоев, а следовательно и для других типов природных материалов.

  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Связаная биохимиками паутина обошло по характеристикам настоящую
  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Связаная биохимиками паутина обошло по характеристикам настоящую