Umelá pavúčia žľaza spriada škálovateľné pavúčie vlákno ako príroda
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 7. 2. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Komplexná molekulárna štruktúra pavúčieho hodvábu bola úspešne skopírovaná, keď vedci spriadali pavúčí hodváb z umelej žľazy, ktorá napodobňuje prírodný proces výroby jedného z najpevnejších vlákien na svete. Vedci veria, že tento prelomový objav je obrovským krokom k tomu, aby sa konečne podarilo vyrobiť vysoko prispôsobivý a vyhľadávaný materiál, ktorý môže mať široké využitie v reálnom svete.
Výskumníci z japonského Centra pre výskum obnoviteľných zdrojov RIKEN dosiahli tento úspech vďaka novému prístupu, keď skonštruovali umelú hodvábnu žľazu navrhnutú tak, aby odrážala fyzikálne a chemické zmeny, ku ktorým dochádza v prírodnej pavúčej žľaze. No nebolo to jednoduché.
Náročnosť replikovania týchto zložitých biologických procesov spôsobila, že vytvorenie umelého pavúčieho hodvábu bolo mimoriadne náročné. Biopolymérne vlákno sa skladá z veľkých proteínov s vysoko opakujúcimi sa sekvenciami nazývanými ako spidroíny. Beta pláty, molekulárne subštruktúry v hodvábnych vláknach, sa potom musia zarovnať, aby hodváb získal svoje pôsobivé vlastnosti.
Okrem toho si umelá žľaza vyžadovala presné mikrofluidické mechanizmy, aby sa proteíny samy zostavili do hodvábnych vlákien, ktoré nielen vyzerali, ale aj sa správali ako skutočné.
„V tejto štúdii sme sa pokúsili napodobniť prirodzenú výrobu pavúčieho hodvábu pomocou mikrofluidity, ktorá zahŕňa tok a manipuláciu s malým množstvom tekutín cez úzke kanály,“ povedal Keiji Numata, ktorý viedol výskum v RIKEN. „Skutočne by sa dalo povedať, že pavúčia hodvábna žľaza funguje ako akési prírodné mikrofluidné zariadenie.“
Umelá žľaza, ktorá pripomína neforemnú obdĺžnikovú škatuľu s vrúbkovanými kanálikmi prebiehajúcimi po celej jej dĺžke, bola výsledkom mnohých pokusov a omylov pri vytváraní správneho prostredia pre fungovanie zložitých procesov ako v prírode. Jednou z týchto chýb bolo použitie sily na pretláčanie proteínov cez mikrofluidný systém. Na pretláčanie roztoku spidroínu cez zariadenie sa vyžadoval podtlak.
Keď však tím prekonal túto prekážku, podarilo sa mu vytvoriť súvislé hodvábne vlákna s vyrovnanými beta plátmi, ktoré dávajú materiálu vlastnosti podobné prírode.
„Bolo prekvapujúce, aký robustný bol mikrofluidný systém, keď sa stanovili a optimalizovali rôzne podmienky,“ povedal vedúci vedec Ali Malay, spoluautor štúdie. „Montáž vlákien bola spontánna, extrémne rýchla a vysoko reprodukovateľná. Dôležité je, že vlákna vykazovali výraznú hierarchickú štruktúru, ktorá sa nachádza v prírodných hodvábnych vláknach.“
„Vysoko reprodukovateľný“ je kľúčový atribút. Úspešné replikácie mali problémy so škálovateľnosťou a chov pavúkov je z logistických a biologických dôvodov takmer nemožný. Lacná a efektívna výroba pavúčieho hodvábu by mohla spôsobiť revolúciu v textilnom priemysle, ktorý poškodzuje životné prostredie, a jeho biokompatibilita z neho robí ideálneho kandidáta na rôzne medicínske využitie, vrátane šitia, umelých väzov a spojovacích operácií.
„V ideálnom prípade chceme mať reálny vplyv,“ hovorí Numata. „Aby sa tak stalo, budeme musieť rozšíriť našu metodiku výroby vlákien a urobiť z nej kontinuálny proces. Budeme tiež hodnotiť kvalitu nášho umelého pavúčieho hodvábu pomocou niekoľkých ukazovateľov a na základe toho robiť ďalšie zlepšenia.“
Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Nature Communications.
