Pók selyem - Spider silk

Egy kerti pók fonja a hálóját

Argiope bruennichi nőstény példánya selyembe csomagolja zsákmányát.

Indian Summer által Józef Chełmoński (1875, National Museum in Warsaw ) ábrázol parasztasszony egy szál a fátyol a kezében.

Pók gubó

Spider selyem egy protein szál fonott által pókok . Pókok használják selyem a make hálók vagy egyéb struktúrák, amelyek funkciója a ragadós hálót fogni más állatok, vagy fészket vagy gubók védeni utódaikat, vagy hogy lezárja a zsákmányt. Selymüket arra is használhatják, hogy felfüggesztsék magukat, lebegjenek a levegőben vagy távolodjanak a ragadozóktól. A legtöbb pók különböző célokra változtatja selyemének vastagságát és tapadását.

Bizonyos esetekben a pókok akár selymet is használhatnak táplálékforrásként. Míg módszereket fejlesztettek ki a selyemnek a pókból erőszakkal történő összegyűjtésére, sok pókból nehéz selymet gyűjteni a selyemfonó szervezetekhez, például a selyemhernyókhoz képest .

Minden pók selymet termel , és még a nem webes építő pókokban is , a selyem szorosan kötődik az udvarláshoz és a párzáshoz. A nőstények által termelt selyem átviteli csatornát biztosít a hím vibrációs udvarlási jelekhez, míg a szövedékek és a szalagok szubsztrátot biztosítanak a női nemi feromonok számára. A szexuális interakciók során selymet termelő hím pókok megfigyelései szintén gyakoriak a filogenetikusan elterjedt taxonok között. Azonban a hím által termelt selyem párzásban betöltött funkciója nagyon kevés tanulmányt kapott.

Biológiai sokféleség

Felhasználások

Minden pók selymet állít elő, és egyetlen pók akár hét különböző típusú selymet is előállíthat különböző felhasználásokra. Ez ellentétben áll a rovarselyemekkel, ahol az egyén általában csak egyféle selymet állít elő. A pókselymek sokféle ökológiai módon használhatók, amelyek mindegyike olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek megfelelnek a selyem funkciójának. Ahogy a pókok fejlődtek, úgy fejlődött selymeik összetettsége és sokrétű felhasználása, például a 300–400 millió évvel ezelőtti primitív csőhálóktól a 110 millió évvel ezelőtti összetett gömbhálóig.

Típusok

Egy nőstény Argiope picta immobilizálja a zsákmányt, akiniform selyemfüggönyt tekerve a rovar köré, későbbi fogyasztásra

Mindezen ökológiai felhasználások előírásainak való megfeleléshez különféle selyemfajtákra van szükség, amelyek különböző széles tulajdonságokhoz illeszkednek, például szálként, szálszerkezetként vagy selyemgömbként. Ezek közé tartoznak a ragasztók és a szálak. Bizonyos típusú szálakat szerkezeti támogatásra, másokat védőszerkezetek építésére használnak. Egyesek hatékonyan képesek elnyelni az energiát, míg mások hatékonyan továbbítják a rezgést. Egy pókban ezeket a selyemtípusokat különböző mirigyekben állítják elő; így az adott mirigyből származó selyem a pók használatához köthető.

Tulajdonságok

Mechanikai tulajdonságok

Minden póknak és selyemtípusnak biológiai funkciójukhoz optimalizált mechanikai tulajdonságai vannak.

A legtöbb selyem, különösen a dragline selyem kivételes mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A nagy szakítószilárdság és a nyújthatóság ( rugalmasság ) egyedülálló kombinációját mutatják . Ez lehetővé teszi, hogy a selyemszál nagy mennyiségű energiát vegyen fel törés előtt ( szívósság , a feszültség-nyúlás görbe alatti terület ).

A szívósság, merevség és szilárdság közötti különbségek illusztrációja

A mainstream médiában gyakori hiba, hogy összetévesztik az erőt és a szívósságot, amikor a selymet más anyagokkal hasonlítják össze. A súlyhoz képest a selyem erősebb, mint az acél, de nem olyan erős, mint a Kevlar . A selyem azonban mindkettőnél keményebb.

A pókselyem szálak mechanikai tulajdonságainak változékonysága fontos lehet, és összefüggésben áll a molekuláris illeszkedés mértékével. A mechanikai tulajdonságok erősen függenek a környezeti feltételektől, azaz a páratartalomtól és a hőmérséklettől.

Erő

Egy dragline Silk szakítószilárdság összehasonlítható a kiváló minőségű ötvözött acélból (450-2000 MPa), és körülbelül a fele olyan erős, mint az aramid szálak, mint például a Twaron vagy Kevlar (3000 MPa).

Sűrűség

A főleg fehérjéből álló selyem az acél sűrűségének körülbelül a hatodát (1,3 g/cm ³ ) teszi ki. Ennek eredményeképpen egy olyan szál, amely elég hosszú ahhoz, hogy körbejárja a Földet, kevesebb mint 500 grammot (18 oz) nyom. (A pókhúzó selyem szakítószilárdsága nagyjából 1,3  GPa . Az acélnál felsorolt ​​szakítószilárdság valamivel magasabb lehet - pl. 1,65 GPa, de a pókselyem sokkal kevésbé sűrű anyag, így a pókselyem adott tömege ötszöröse erős, mint az azonos súlyú acél.)

Energia sűrűség

A dragline pókselyem energiasűrűsége nagyjából1,2 × 10 ⁸  J/m ³ .

Nyújthatóság

A selymek rendkívül rugalmasak is , némelyik képes ellazult hosszának ötszörösét nyújtani törés nélkül.

Szívósság

Az erő és a rugalmasság kombinációja nagyon nagy szívósságot (vagy töredezést ) ad a dragline selymeknek , ami "megegyezik a kereskedelmi forgalomban kapható poliaramid ( aromás nylon ) szálakéval , amelyek maguk is a modern polimer száltechnológia mércéi ".

Hőfok

Bár valószínűtlen, hogy természetüknél fogva releváns, a dragline selyem -40 ° C (-40 ° F) és 220 ° C (428 ° F) alatt is megtartja erejét. Mint sok anyagnál, a pók selyemszálai üvegátmeneten mennek keresztül . Az üvegesedési hőmérséklet a páratartalomtól függ, mivel a víz lágyító a selyem számára.

Szuperkontrakció

Víznek kitéve a dragline selymek szuperkontrakción mennek keresztül, 50% -kal zsugorodnak, és úgy viselkednek, mint egy gyenge gumi feszültség alatt. Számos hipotézis felmerült a természetben való felhasználásával kapcsolatban, a legnépszerűbb az éjszaka során épített szövedékek automatikus feszítése a reggeli harmat segítségével.

Legnagyobb teljesítmény

A legkeményebb ismert pókselymet a Darwin -féle kéregpók ( Caerostris darwini ) állítja elő : "Az erőszakosan selyemzett szálak szívóssága átlagosan 350 MJ/m ³ , egyes mintáké 520 MJ/m ^3. Így a C. darwini selyem több kétszer olyan kemény, mint bármely korábban leírt selyem, és több mint tízszer keményebb, mint a Kevlar. "

Ragasztó tulajdonságok

A selyemszál két vegyületből álló piriform váladék, amelyet mintákba („rögzítő korongok”) fonnak, amelyeket selyemszálak ragasztására használnak különböző felületekre, minimális selyemszubsztrátum használatával. A piriform szálak környezeti körülmények között polimerizálódnak , azonnal működőképessé válnak, és korlátlan ideig használhatók, biológiailag lebomlóak, sokoldalúak és kompatibilisek a környezet számos más anyagával. A rögzítőtárcsa tapadási és tartóssági tulajdonságait a fonókészülékeken belüli funkciók szabályozzák. A selyem egyes ragasztó tulajdonságai hasonlítanak a ragasztóhoz , amely mikrofibrillákból és lipid burkolatokból áll.

A selyem fajtái

Sok pókfajnak különböző mirigyei vannak , amelyek különböző tulajdonságokkal rendelkező selymet állítanak elő különböző célokra, beleértve a háztartást, a hálóépítést , a védekezést, a zsákmány befogását és visszatartását , a tojásvédelmet és a mobilitást (finom "gossamer" szál a ballonozáshoz , vagy egy szál, amely lehetővé teszi a pókot le kell ejteni a selyem extrudálása során). Különböző speciális selymek alakultak ki, amelyek tulajdonságai különböző felhasználásokra alkalmasak. Például az Argiope argentata öt különböző selyemfajtát tartalmaz, mindegyiket különböző célokra használva:

Szerkezeti

Makroszkopikus szerkezet a fehérjehierarchiáig

A pók selyem szerkezete. Egy tipikus szál belsejében kristályos területek találhatók, amorf kapcsolatokkal elválasztva. A kristályok béta-lemezek, amelyek összeálltak.

A selymek, mint sok más bioanyag, hierarchikus szerkezetűek. A primer szerkezet az aminosav- szekvenciája annak fehérjék ( spidroin ), főleg nagymértékben ismétlődő glicin és alanin blokkok, ezért selymek gyakran nevezik blokk-kopolimer. Másodlagos szerkezeti szinten a rövid oldalláncú alanin főleg a nanofibril kristályos doménjeiben ( béta lemezek ) található meg, a glicin többnyire az úgynevezett amorf mátrixban található, amely spirális és béta fordulós szerkezetekből áll. A kemény kristályos szegmensek és a feszített rugalmas félig amorf régiók közötti kölcsönhatás adja a pókselyem rendkívüli tulajdonságait. A fehérje kivételével különféle vegyületeket használnak a szál tulajdonságainak javítására. A pirrolidin higroszkópos tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek nedvesen tartják a selymet, miközben megakadályozzák a hangyák invázióját. Különösen nagy koncentrációban fordul elő ragasztószálakban. Kálium-hidrogén-foszfát kibocsátások hidrogén ionok vizes oldatban, így a pH körülbelül 4, így a selyem savas , és így védi azt a gombák és a baktériumok , amelyek egyébként megemészteni a fehérjét. Úgy gondolják, hogy a kálium -nitrát megakadályozza a fehérje denaturálódását a savas környezetben.

Ezt az első nagyon alapvető selyemmodellt a Termonia vezette be 1994 -ben, és azt javasolta, hogy a kristályok egy amorf mátrixba ágyazódjanak, amely hidrogénkötésekkel van összekapcsolva. Ez a modell az évek során finomodott: félkristályos régiókat találtak, valamint egy pókselyemre javasolt fibrilláris bőrmagi modellt, amelyet később az AFM és a TEM vizualizált . A nanofibrilláris szerkezet és a kristályos és félkristályos régiók méreteit neutronszórással derítették ki .

Lehetséges volt a szálak mikrostrukturális információinak és makroszkopikus mechanikai tulajdonságainak összekapcsolása. Az eredmények azt mutatják, hogy a rendezett régiók (i) főként a deformáció által átrendeződnek az alacsonyan nyúlt szálaknál, és (ii) a rendezett régiók aránya fokozatosan növekszik a szálak nagyobb nyújtása érdekében.

• 

  A pók gömbhálójának, a szerkezeti moduloknak és a pókselyem szerkezetének vázlata. A bal oldalon egy gömbháló sematikus rajza látható. A piros vonalak a vonalvonalat, a sugárirányú vonalat és a keretvonalakat, a kék vonalak a spirális vonalat, a gömbháló közepét pedig "hub" -nak nevezik. A kék színű ragadós golyókat egyenlő időközönként a spirális vonalon készítik az aggregált mirigyből kiválasztott viszkózus anyaggal. A piriform tömszelencéből kiválasztott rögzítőcementet különböző vonalak összekapcsolására és rögzítésére használják. Mikroszkóposan a pókselyem másodlagos szerkezete spidroinból áll, és azt mondják, hogy a szerkezet a jobb oldalon látható. A vonalvonalban és a radiális vonalban egy kristályos β-lap és egy amorf spirális szerkezet fonódik össze. A nagy mennyiségű β-spirális szerkezet rugalmas tulajdonságokat kölcsönöz a gömbháló rögzítő részének. A szerkezeti modulok diagramján a dragline és a radiális vonalak mikroszkopikus szerkezete látható, amely főleg két MaSp1 és MaSp2 fehérjéből áll, amint azt a felső középső rész mutatja. A spirális vonalban nincs kristályos β-lemez régió.

Nem fehérje összetétel

A fehérje kivételével különféle vegyületek találhatók a pókselymekben, például cukrok, lipidek, ionok és pigmentek, amelyek befolyásolhatják az aggregációs viselkedést, és védőrétegként működhetnek a végső szálban.

Bioszintézis és rostfonás

A selyemgyártás, beleértve a pókselymet is, lényegesen különbözik a legtöbb rostos biológiai anyag gyártásától: ahelyett, hogy folyamatosan keratinként termesztenék a hajban, a cellulózot a növények sejtfalában vagy akár a tömörített szálakból bogár széklet; igény szerint "fonva" folyékony selyem prekurzorból, speciális mirigyekből.

A fonási folyamat akkor következik be, amikor egy rostot eltávolítanak a pók testétől, akár a pók lábával, akár a pók saját súlya alá esésével, vagy bármilyen más módszerrel, beleértve az emberek húzását is. A "fonás" kifejezés félrevezető, mivel egyik alkatrész sem forog, hanem a textil fonó kerekek analógiájából származik . A selyemgyártás az extrudáláshoz hasonló pultrúzió , azzal a finomsággal, hogy az erőt a kész szál meghúzása okozza, nem pedig a tartályból való kiszorítás. A unspun selyem szálat áthúzzuk selyem mirigyek , amelyek lehetnek mind számos ismétlődések és a különböző típusú mirigy bármelyik pókfajokból.

Selyemmirigy

A pókok fonóberendezésének vázlata és a selyemszerelés szerkezeti hierarchiája a szálakba való összeszereléssel kapcsolatban. A dragline termelés során az elsődleges szerkezetű fehérje először a farokban lévő szekréciós granulátumokból választódik ki. Az ampullában (semleges környezetben, pH = 7) a fehérjék több tíz nanométeres lágy micellát képeznek önszerveződéssel, mivel a hidrofil végződések kizártak. Az ampullákban a fehérje koncentrációja nagyon magas. Ezután a micellákat a csatornába préselik. A molekulák hosszú tengelyének iránya mechanikai súrlódási erővel párhuzamos a csatornával, és részben orientált. A farok pH -jának 7,5 -ről 8,0 -ra történő folyamatos csökkenése feltehetően 5,0 közelébe a csatorna végén történik. Az ioncsere, a savasodás és a víz eltávolítása a csatornában történik. A nyíró- és nyúlási erők fázisszétváláshoz vezetnek. A csatorna savas fürdőjében a molekulák nagy koncentrációjú folyadékkristályos állapotot érnek el. Végül a selymet a kúpos külsőről fonják. A molekulák stabilabb spirálokká és β-lapokká válnak a folyadékkristályból.

A mirigy látható vagy külső részét spinneretnek nevezik . A faj összetettségétől függően a pókoknak két -nyolc fonójuk lesz, általában párban. Különféle mirigyek léteznek a különböző pókokban, kezdve egyszerűen az egyik végén nyíló zsákkal, az arany selyemgömbfonók összetett, több részből álló fő ampullás mirigyeivel .

A pók felületén látható minden fonó mögött egy mirigy található, amelynek általánosított formája a jobb oldali ábrán látható, "Általánosított mirigy vázlata".

Arany selyemgömbfonó általánosított mirigyének vázlata . Minden különböző színű szakasz kiemeli a mirigy különálló szakaszát.

Mirigy jellemzői

1. Az 1. ábrán az 1 jelű mirigy első szakasza a mirigy szekréciós vagy farokrésze. Ennek a szakasznak a falai olyan sejtekkel vannak bélelve, amelyek Spidroin I és Spidroin II fehérjéket választanak ki, ezek a pók húzóvonalának fő összetevői. Ezek a fehérjék cseppek formájában találhatók, amelyek fokozatosan megnyúlnak, és hosszú csatornákat képeznek a végső szál hosszában, feltételezésük szerint segítenek megakadályozni a repedések kialakulását vagy akár a szál öngyógyulását.
2. A második rész a tárolózsák. Ez tárolja és fenntartja a gélszerű, sodratlan selyemdopot, amíg a pók megkívánja. Amellett, hogy tárolja a sodratlan selyemgélt, fehérjéket választ ki, amelyek bevonják a végső szál felületét.
3. A tölcsér gyorsan csökkenti a tárolózsák nagy átmérőjét a kúpos csatorna kis átmérőjére.
4. A végső hossz a kúpos csatorna, a legtöbb szálképződés helye. Ez egy kúpos csőből áll, több szorosan körbeforgó fordulattal, majdnem a végén levő szeleppel (amelyet részletesen az alábbi 5. pontban említünk), amely egy csapban végződik, amelyből a szilárd selyemszál jön ki. A cső itt hiperbolikusan elkeskenyedik, ezért a sodratlan selyem állandó nyúlási feszültség alatt áll, ami fontos tényező a szálképződésben. A csatorna ezen szakasza olyan sejtekkel van bélelve, amelyek ionokat cserélnek, csökkentik a kábítószer pH -ját semlegesről savasra, és eltávolítják a vizet a szálból. Összességében a nyírófeszültség, valamint az ion- és pH -változások a folyékony selyemdopot fázisátmenetre késztetik, és nagy molekuláris szerveződésű szilárd fehérjeszálrá kondenzálódnak. A végén lévő csapnak ajkai vannak, amelyek befogják a szálat, szabályozva a szál átmérőjét és tovább visszatartva a vizet.
5. Majdnem a kúpos cső végén van egy szelep, hozzávetőleges helyzet "5" jelzéssel az 1. ábrán. Bár egy ideje felfedezték, ennek a szelepnek a pontos célja még mindig vita tárgya. Úgy gondolják, hogy elősegíti a törött szálak újraindítását és újracsatlakoztatását, nagymértékben a spirális szivattyú módjára hat , szabályozza a szál vastagságát és/vagy rögzíti a szálat, amikor egy pók ráesik. Van némi vita a selyemhernyó selyemprés hasonlóságáról, valamint arról, hogy ezek a szelepek milyen szerepet játszanak a selyem előállításában e két szervezetben.

A folyamat során a sodratlan selyem látszólag nematikus textúrájú, hasonlóan a folyadékkristályhoz , részben a selyemkendő rendkívül magas fehérjekoncentrációja miatt (körülbelül 30% a térfogatra vetítve). Ez lehetővé teszi, hogy a sodratlan selyem folyékonyan folyjon át a csatornán, de fenntartja a molekuláris rendet.

Egy összetett fonómező példájaként egy felnőtt Araneus diadematus (kerti keresztes pók) fonóberendezése az alább látható mirigyekből áll. Hasonló többszörös mirigyes felépítés létezik a fekete özvegy pókban is.

• 500 piriform mirigy a rögzítési pontokhoz
• 4 ampullamirigy a webkerethez
• körülbelül 300 aciniform mirigy a tojászsákok külső bélésére és a zsákmány befogadására
• 4 tubuliform mirigy tojászsák selyemhez
• 4 tömszelencék a ragasztási funkciókhoz
• 2 koszorúmirigy a tapadási vonalak menetéhez

Mesterséges szintézis

Egyszál mesterséges pókselyem, amelyet laboratóriumi körülmények között állítottak elő

A pókselyem mesterséges szintetizálásához szálakhoz két széles területet kell lefedni. Ezek az alapanyag szintézise (a fonott selyemkendő a pókokban) és a fonási körülmények (a tölcsér, a szelep, a kúpos csatorna és a csap) szintézise. Számos különböző megközelítés létezik, de ezen módszerek közül csak néhány eredményezett selymet, amelyet hatékonyan lehet szálakká szintetizálni.

Alapanyag

A sodratlan selyem molekuláris szerkezete összetett és rendkívül hosszú. Bár ez felruházza a selyemszálakat kívánatos tulajdonságaikkal, némileg kihívást jelent a szál replikációjában is. Különböző organizmusokat használtak alapul arra, hogy megpróbálják megismételni egyes összetevőket, vagy az összes érintett fehérjét, vagy valamennyit. Ezeket a fehérjéket ezután ki kell extrahálni, tisztítani, majd centrifugálni, mielőtt tulajdonságaikat tesztelni lehetne.

Geometria

A viszonylag egyszerű molekulaszerkezetű pókselymekhez összetett csatornákra van szükség ahhoz, hogy hatékony szálat fonhassanak. Számos módszert alkalmaztak szálak előállítására, amelyek főbb típusait az alábbiakban röviden tárgyaljuk.

Fecskendő és tű

A nyersanyagot egyszerűen fecskendő segítségével egy üreges tűn keresztül kényszerítik. Ez a módszer többször bizonyította, hogy sikeresen előállítja a szálakat.

Bár nagyon olcsó és könnyen előállítható, a mirigy alakja és körülményei nagyon lazán közelítenek. Az ezzel a módszerrel létrehozott szálakat bátorításra lehet szükség, hogy folyékonyról szilárdra váljanak, ha a vizet eltávolítják a szálról olyan vegyszerekkel, mint a környezetre nemkívánatos metanol vagy aceton , és szükség lehet a szál utófeszítésére is, hogy elérjék a kívánt tulajdonságú rostokat.

Mikrofluidikumok

Miközben a mikrofluidika területe érik, valószínű, hogy több kísérletet tesznek a szálak centrifugálására a mikrofluidikumok használatával. Ezeknek az az előnye, hogy nagyon kontrollálhatóak, és képesek kipróbálni a centrifugálást nagyon kis mennyiségű sodratlan szálban, de a telepítési és fejlesztési költségek valószínűleg magasak. Ezen a területen szabadalmat adtak a szálak fonására a természetben tapasztalható eljárást utánzó módszerrel, és a szálakat egy kereskedelmi vállalat sikeresen fonja.

Elektrospörgetés

Az elektromos centrifugálás egy nagyon régi technika, amely szerint a folyadékot úgy tartják egy tartályban, hogy a kapilláris hatására ki tudjon folyni. Az alábbiakban egy vezető szubsztrátum van elhelyezve, és a folyadék és a hordozó között nagy különbség van az elektromos potenciálban. A folyadék vonzódik az aljzathoz, és az apró szálak szinte azonnal ugrik a kibocsátási pontjukról, a Taylor -kúpról az aljzatra, és útközben megszáradnak. Ez a módszer kimutatták, hogy nanoméretű szálakat hoz létre mind az élőlényekből levágott selyemből, mind a regenerált selyemfibroinból .

Más mesterséges formák selyemből

A selyem más formájú és méretű formázható, például gömb alakú kapszulák a gyógyszer szállítására, sejtállványok és sebgyógyítás, textíliák, kozmetikumok, bevonatok és még sok más. A pók-selyemfehérjék önmagukban is összeállhatnak szuperhidrofób felületeken, így nanoszálakat és mikron méretű körlapokat hozhatnak létre. A közelmúltban bebizonyosodott, hogy a rekombináns pókselyem-fehérjék önmagukban összeállhatnak az oldat folyékony levegő határfelületén, hogy fehérjeáteresztő, erős és rugalmas nanomembránokat képezzenek, amelyek támogatják a sejtek szaporodását. A javasolt alkalmazások közé tartozik a bőrátültetés és a szerv-a-chipen lévő támogató membránok. Ezeket a pókselyem nanomembránokat arra is felhasználták, hogy statikus in vitro modellt hozzanak létre az erekről .

Kutatási mérföldkövek

Mivel a pókselyem hosszú és gazdag múltra visszatekintő tudományos kutatási terület, előfordulhatnak olyan sajnálatos esetek, amikor a kutatók önállóan fedezik fel újra a korábban közzétett eredményeket. Az alábbiakban egy táblázat található az egyes alkotóterületeken tett felfedezésekről, amelyeket a tudományos közösség a tudományos elfogadottság, az idézetek segítségével relevánsnak és jelentősnek ismert el. Így csak 50 vagy több idézetet tartalmazó dolgozatok szerepelnek.

Emberi felhasználások

Madagaszkári aranygömb pók selyemből készült köpeny

A déli Kárpátok parasztjai az Atypus által épített csöveket vágták fel, és a belső béléssel befedték a sebeket. Állítólag megkönnyítette a gyógyulást, sőt kapcsolódott a bőrhöz. Úgy gondolják, hogy ez a pókselyem antiszeptikus tulajdonságainak köszönhető, és mivel a selyem gazdag K -vitaminban , amely hatékony lehet a véralvadásban. A jelentős mennyiségű pókselyem kinyerésének és feldolgozásának nehézségei miatt a pókselyemből készült legnagyobb ismert szövetdarab egy 3,4 x 1,2 m-es textil, aranyszínű árnyalattal , 2009-ben , Madagaszkáron . Nyolcvankét ember dolgozott négy éven át, hogy több mint egymillió aranygömbpókot gyűjtsön össze és selymet vonjon ki belőlük.

A Nephila clavipes selyemét az emlősök idegsejt -regenerációjának kutatására használták .

A pókselymet szálként használták célkeresztben optikai műszerekben, például távcsövekben, mikroszkópokban és távcsöves puskákban . 2011-ben pókselyem szálakat használtak az optika területén, hogy nagyon finom diffrakciós mintákat hozzanak létre az optikai kommunikációban használt N-réses interferometrikus jelek felett . 2012 -ben pókselyem szálakat használtak hegedűhúrok készítésére.

A pókselyem tömeges előállítására szolgáló módszerek kifejlesztése katonai, orvosi és fogyasztási cikkek, például ballisztikus páncélok , sportcipők, testápolási termékek, mellimplantátum- és katéterbevonatok , mechanikus inzulinpumpák , divatruházat és felsőruházat gyártásához vezetett .

A pókselymet lézergyújtás közben az inerciális zárt fúziós célok felfüggesztésére használják , mivel jelentősen rugalmas marad, és nagy energiával képes törni akár 10–20 K hőmérsékleten is. Ezenkívül „könnyű” atomszám -elemekből készül nem bocsát ki sugárzás közben olyan röntgensugarakat , amelyek előmelegíthetik a célt, és így nem érik el a fúzióhoz szükséges nyomáskülönbséget.

A pókselymet olyan biolencsék készítésére használták, amelyeket lézerekkel együtt nagy felbontású képeket készíthet az emberi test belsejéről. [1]

Kísérletek szintetikus pókselyem előállítására

Javasolt keretrendszer pókselyemből mesterséges bőr előállításához, hogy segítsen az égési sérülésekben szenvedő betegeknek.

A pókselyemhez hasonló szálak előállításához szükséges összetett feltételek megismétlése nehéznek bizonyult a kutatásban és a korai szakaszban. Keresztül géntechnológia , Escherichia coli baktériumok, élesztők, növények, selyemhernyó, és eltérő állatok selyemhernyók már előállításához használt pókselyemfehérjék, amelyeknek másik, egyszerűbb jellemzői, mint a egy pók. A fehérjeszálak vizes környezetben történő extrudálását "nedves centrifugálásnak" nevezik. Ez a folyamat eddig 10-60 μm átmérőjű selyemszálakat állított elő, szemben a természetes pókselyem 2,5-4 μm átmérőjével. A mesterséges pókselymek kevesebb és egyszerűbb fehérjét tartalmaznak, mint a természetes dragline selyem, következésképpen fele a természetes dragline selyem átmérőjének, erősségének és rugalmasságának.

• 2010 márciusában a Korea Advanced Institute of Science & Technology kutatóinak sikerült közvetlenül pókselymet készíteniük az E. coli baktériumok felhasználásával , amelyeket a pók Nephila clavipes bizonyos génjeivel módosítottak . Ez a megközelítés megszünteti a pók fejésének szükségességét, és lehetővé teszi a pókselyem költséghatékonyabb gyártását.
• Egy 556 kDa pókselyemfehérje előállították a 192 ismétlődő motívumok a Nephila clavipes dragline spidroin, amelyek hasonló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a természetes társaik, azaz, szakítószilárdság (1,03 ± 0,11 GPa), modulus (13,7 ± 3,0 GPa), nyújthatósága (18 ± 6%) és szívósság (114 ± 51 MJ/m3).
• A cég AMSilk kifejlesztett spidroin baktériumok segítségével, ami egy mesterséges pókselyem.
• A Bolt Threads cég rekombináns spidroint állít elő élesztő felhasználásával, ruházati szálakban és személyes ápoláshoz. Ők állították elő az első kereskedelmi ruházati termékeket, amelyek rekombináns pókselyemből készültek, védjegyük a Microsilk ™, amelyet nyakkendőben és sapkában mutattak be. Szintén együttműködtek vegán aktivistával és luxustervezővel, Stella McCartney -vel , valamint az Adidassal a Microsilk ™ ruhadarabok gyártásában.
• A Kraig Biocraft Laboratories cég a Wyomingi és a Notre Dame -i Egyetem kutatásait felhasználva selyemhernyókat hozott létre, amelyeket genetikailag módosítottak pókselyem előállítására.
• A már megszűnt kanadai biotechnológiai vállalat, a Nexia sikeresen előállított pók selyemfehérjét transzgenikus kecskékben, amelyek hordozták a gént; a kecskék által termelt tej jelentős mennyiségű fehérjét tartalmazott, 1-2 gramm selyemfehérjét literenként. Kísérletek a spin a fehérje egy szál hasonlít a természetes pókselyem eredményezett szálakat szívóssága 2-3 gramm denier . A Nexia nedves fonást használt, és kis extrudálási lyukakon keresztül préselte a selyemfehérje oldatot a fonógép viselkedésének szimulálása érdekében, de ez az eljárás nem volt elegendő a natív pókselyem erősebb tulajdonságainak megismétléséhez.
• A Spiber cég szintetikus pókselymet állított elő, amelyet Q/QMONOS -nak hívnak. A Goldwinnal együttműködve egy szintetikus pókselyemből készült sípark jelenleg tesztelés alatt áll, és hamarosan tömegtermelésbe kerül, kevesebb mint 120 000 dollárért.

Hivatkozások

Külső linkek

• "The Silk Spinners" , a BBC műsora selyemtermelő állatokról
• Meadows, Robin (2014. augusztus 5.). "Hogyan fonják a pókok a selymet" . PLOS biológia . 12 (8): e1001922. doi : 10.1371/journal.pbio.1001922 . PMC  4122354 . PMID  25093404 .
• Rejcek, Peter (2019. április 11.). "A pók selyem szuper anyaggá alakításának kusza hálója" . Singularity Hub . Letöltve: 2019. április 24 .
• Victoria and Albert Museum (2019. július 29.). "Hogyan készült? Arany pókselyem" . YouTube . Letöltve: 2020. augusztus 8 .
• "Szintetikus pókselyem erősebb és keményebb, mint az igazi" . Új atlasz . 2021. július 21 . Letöltve: 2021. július 21 .