Производство паучьего шёлка из бактерий: будущее биоматериалов

Новая видеостатья в Journal of Visualized Experiments (JoVE) демонстрирует процедуры сбора и обработки синтетического паучьего шёлка из бактерий.

Представленная процедура революционизирует процесс очистки паучьего шёлка за счёт стандартизации ключевого этапа, известного как «пост-спиннинг». На этом этапе молекулы шёлка растягиваются механическим актюатором для увеличения прочности волокна. Эти механические улучшения позволяют получать однородный паучий шёлк и исключают человеческий фактор из процесса прядения. В результате синтетический шёлк гораздо ближе к натуральным волокнам, производимым самкой паука чёрной вдовы, чем это было возможно ранее. Процедура закладывает масштабируемую основу для использования паучьего шёлка в производстве материалов.

Благодаря своим механическим свойствам синтетический паучий шёлк имеет множество применений в производстве и промышленности. Особый интерес представляет высокая прочность на разрыв шёлка чёрной вдовы, которая сравнима с кевларом, но при этом материал легче и имеет меньшую плотность. Если бы учёные смогли воспроизвести механические свойства паучьего шёлка в лаборатории, этот материал мог бы заменить кевлар, углеволокно и сталь. Увеличение производства этого нового биоматериала повлияет на широкий спектр продуктов, где ценные свойства паучьего шёлка найдут применение — от бронежилетов и корпусов самолётов до тросов мостов и медицинских шовных материалов.

Хотя учёные уже некоторое время могут производить паучий шёлк с той же биохимической целостностью, что и натуральные волокна, оставалось сложным воспроизвести «пост-спиннинговые» техники паука. Естественный процесс пост-спиннинга растягивает волокно для выравнивания его молекул и увеличивает его прочность на разрыв. Чтобы решить эту проблему, доктор Крейг Виерра из Тихоокеанского университета разработал технику, которая устраняет человеческую вариативность за счёт использования механического актюатора. Созданный доктором Виеррой и его лабораторной группой, механический актюатор может надёжно растягивать волокна до заданной длины, имитируя естественный пост-спиннинг паука. Доктор Виерра отмечает: «Эта процедура уменьшает дисперсию наблюдаемых механических свойств. До этой процедуры наблюдалось огромное количество вариаций в синтетических волокнах».

Доктор Виерра продолжает свою работу с пауками чёрной вдовы и производством синтетического шёлка: «Мы работаем над объединением того, что мы здесь узнали, и расширением процедуры в массовом масштабе». В конечном итоге лаборатория стремится сделать паучий шёлк возобновляемым ресурсом для производства материалов, который может изменить принципы инженерии будущего. Что касается публикации в JoVE, доктор Виерра отмечает, что решение было принято потому, что «визуальное представление важно, поскольку большинство исследовательских статей не описывают пошаговую процедуру (сбора паучьего шёлка). Кроме того, многие процессы требуют визуального представления для полного понимания».