Oamenii de știință au creat mătase cu o glandă de păianjen artificială

Cercetătorii au reușit să creeze un dispozitiv care produce fibră artificială de mătase de păianjen ce se aseamănă foarte mult cu ceea ce produc păianjenii în mod natural. Această glandă de păianjen artificială a reușit să reproducă structura moleculară complexă a mătăsii, imitând diversele schimbări chimice și fizice care au loc în mod natural în glanda de mătase a unui păianjen.

Această inovație prietenoasă cu mediul reprezintă un mare pas către sustenabilitate și ar putea avea un impact asupra mai multor industrii. Studiul, condus de Keiji Numata, de la la Centrul RIKEN pentru Știința Resurselor Sustenabile (Japonia), împreună cu colegii din Grupul de Cercetare Pionieră RIKEN, a fost publicat în jurnalul Nature Communications.

• Ce este ura și de ce apare?
• De ce ne gândim obsesiv la aceleași lucruri noaptea

Cunoscută pentru rezistența, flexibilitatea și greutatea sa redusă, mătasea de păianjen are o rezistență la rupere comparabilă cu cea a oțelului de același diametru și un raport rezistență-greutate fără egal. În plus, este biocompatibilă, ceea ce înseamnă că poate fi utilizată în aplicații medicale, precum și biodegradabilă.

O glandă de păianjen artificială produce mătase precum cea naturală

Atunci de ce nu este totul făcut din mătase de păianjen? Recoltarea la scară largă a mătăsii de la păianjeni s-a dovedit a fi impracticabilă din mai multe motive, lăsând la latitudinea oamenilor de știință dezvoltarea unei modalități de producere în laborator.

Mătasea de păianjen este o fibră biopolimerică realizată din proteine mari cu secvențe extrem de repetitive, numite spidroine. În cadrul fibrelor de mătase se găsesc substructuri moleculare numite foi beta, care trebuie aliniate corect pentru ca fibrele de mătase să aibă proprietățile mecanice unice. Reproducerea acestei arhitecturi moleculare complexe i-a atras pe cercetători timp de ani întregi. În loc să încerce să dezvolte procesul de la zero, cercetătorii de la RIKEN au adoptat o abordare de biomimetism, scrie Phys.org.

„În acest studiu, am încercat să imităm producția naturală de mătase de păianjen folosind microfluidica, care implică curgerea și manipularea unor cantități mici de fluide prin canale înguste. De fapt, am putea spune că glanda de mătase a păianjenului funcționează ca un fel de dispozitiv natural de microfluidică”, a explicat Numata.

Această glandă de păianjen artificială dezvoltată de cercetători arată ca o mică cutie dreptunghiulară cu canale mici săpate în ea. Soluția precursorului de spidroină este plasată la un capăt și apoi trasă spre celălalt capăt prin aspirație negativă.

Microfluidica

Pe măsură ce spidroinele curg prin canalele microfluidice, ele sunt expuse la schimbări precise în mediul chimic și fizic, posibile datorită designului sistemului microfluidic. În condițiile corecte, proteinele s-au auto-asamblat în fibre de mătase cu structura complexă caracteristică.

Cercetătorii au experimentat pentru a găsi aceste condiții corecte și, în cele din urmă, au reușit să optimizeze interacțiunile dintre diferitele regiuni ale sistemului microfluidic. Printre altele, au descoperit că utilizarea forței pentru a împinge proteinele nu a funcționat; doar atunci când au folosit aspirația negativă pentru a trage soluția de spidroină s-au putut asambla fibre continue de mătase cu aliniamentul corect caracteristic al foilor beta.

„A fost surprinzător cât de robust a fost sistemul microfluidic, odată ce au fost stabilite și optimizate diferitele condiții. Asamblarea fibrelor a fost spontană, extrem de rapidă și foarte reproductibilă. În mod important, fibra prezenta structura ierarhică distinctă găsită în fibra naturală de mătase”, spune Ali Malay, unul dintre coautorii studiului.

Capacitatea de a produce artificial fibre de mătase folosind o glandă de păianjen artificială ar putea aduce numeroase beneficii. Nu numai că ar putea contribui la reducerea impactului negativ pe care îl are producția actuală de textile asupra mediului, dar natura biodegradabilă și biocompatibilă a mătăsii de păianjen o face ideală pentru aplicații biomedicale, precum suturi și ligamente artificiale.

„Ideal, vrem să avem un impact în lumea reală. Pentru ca acest lucru să se întâmple, va trebui să dezvoltăm metodologia noastră de producere a fibrelor la scară mai mare și să o facem un proces continuu. Vom evalua, de asemenea, calitatea mătăsii de păianjen artificiale folosind mai multe metrici și vom face îmbunătățiri ulterioare de acolo”, spune Numata.

Vă recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au creat „solul electronic” care accelerează creșterea culturilor

Teleportarea prin lumină, cu un pas mai aproape de realitate

Bateriile cuantice s-ar putea încărca mai repede schimbând regulile cauzalității

O baterie care stochează energia în pietre? Un start-up crede că o poate realiza!