Ученые создали шелк из искусственной железы, которая имитирует природный процесс производства одного из самых прочных волокон в мире, сообщает New Atlas. В перспективе это позволит производить легко адаптируемый и востребованный материал, который найдет широкое применение в реальной жизни.
Японские ученые достигли этого, создав искусственную шелковую железу, которая имитирует физические и химические изменения, происходящие в железе паука.
Биополимерное волокно состоит из крупных белков с часто повторяющимися последовательностями — спидроинами. Бета-листы, молекулярные субструктуры внутри шелковых волокон, выравниваются, чтобы придать шелку его характеристики. Искусственная железа требовала точных микрожидкостных механизмов для самосборки белков в шелковые волокна, которые не только выглядели, как настоящие, но и имели аналогичные свойства.
Исследователи имитировали производство натурального паучьего шелка с помощью микрофлюидики — манипулирования небольшими количествами жидкостей через узкие каналы. Искусственная железа напоминает прямоугольную коробку с углубленными каналами, идущими по всей ее длине.
Ученым пришлось пройти через множество препятствий, чтобы создать подходящую среду для функционирования сложных процессов, которые происходят в природе. Одной из ошибок было использование силы для проталкивания белков через микрофлюидную систему. Для протягивания раствора спидроина через устройство требовалось отрицательное давление.
Как только исследователи решили проблему, они смогли производить непрерывные шелковые волокна с выровненными бета-листами, придавая материалу его природные характеристики. Сборка волокон была спонтанной, чрезвычайно быстрой и легко воспроизводимой. Волокна имели отчетливую иерархическую структуру, присущую натуральному шелковому волокну.
Высокая воспроизводимость является критическим фактором. Успешные попытки репликации столкнулись с проблемами масштабируемости, а выращивание пауков по логистическим и биологическим причинам почти невозможно. Дешевое и эффективное производство шелка может привести к революции в текстильной промышленности, которая наносит значительный ущерб окружающей среде. Благодаря своей биосовместимости, шелк идеально подходит для различных медицинских применений, таких как швы, искусственные связки и операции на соединительной ткани.
Пауки вдохновили инженеров на создание модульного робота длиной 2 сантиметра, который меняет форму, чтобы протискиваться через узкие щели в разных направлениях.
