Dodano: 23 lipiec 2021r.

Pajęcze nici wytwarzane przez zmodyfikowane bakterie są mocniejsze od stali i kevlaru

Naukowcom udało się wytworzyć pajęcze nici przy pomocy genetycznie zmodyfikowanych bakterii. Powstałe włókna są mocniejsze i twardsze niż stal czy kevlar.

Pajęcze nici wytwarzane przez zmodyfikowane bakterie są mocniejsze od stali i kevlaru

 

Pajęcze nici są uważane za jeden z najmocniejszych i najtwardszych materiałów na Ziemi. Oprócz tego, że są wytrzymałe i lekkie, są też biodegradowalne i mają potencjał do wykorzystania w produkcji wysokowydajnych i trwałych materiałów, takich jak odzież odporna na rozdarcie, części samochodowe czy komponenty do użytku w przemyśle kosmicznym.

Jednak ich mała dostępność uniemożliwia zastosowanie tego materiału na przemysłową skalę. Z jednego pająka można uzyskać tylko śladowe ilości nici, a rozmnażanie dużej liczby pająków jest trudne, dlatego od lat podejmowane są próby wyprodukowania sztucznej nici przędnej pająków.

Udało się to naukowcom z Washington University in St. Louis. Aby być precyzyjnym, sztuczne pajęcze nici nie został technicznie wyprodukowany przez naukowców, ale przez bakterie, które zostały uprzednio genetycznie zmodyfikowane w laboratorium prof. Fuzhonga Zhanga. Opis tych badań ukazał się na łamach pisma „ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.1c02944).

Kopiowanie natury

Zhang już wcześniej zajmował się badaniami nad sztuczną produkcją pajęczych nici. W 2018 r. jego laboratorium opracowało bakterie, które produkowały włókna porównywalne z pajęczymi pod względem wszystkich ważnych właściwości mechanicznych.

- Po naszych poprzednich badaniach zastanawiałem się, czy moglibyśmy stworzyć coś lepszego niż pajęcze nici za pomocą naszej platformy do biologii syntetycznej – powiedział Zhang.

Głównym składnikiem pajęczej przędzy są tzw. nanokryształy β - mikroskopijne cząsteczki zwiększające elastyczność i trwałość materiału. To od tego składnika zależy wytrzymałość nici. - Pająki odkryły, jak prząść włókna z pożądaną ilością nanokryształów. Ale kiedy ludzie używają sztucznych procesów wytwarzania materiału, ilość nanokryształów w syntetycznym włóknie jest często niższa niż w jego naturalnym odpowiedniku – powiedział Zhang.

Włókna mocniejsze od stali i kevlaru

By temu zaradzić zespół badawczy pod kierunkiem Zhanga przeprojektował sekwencje białkowe, by wytwarzały więcej nanokryształów β. W rezultacie bakterie wytworzyły włókno mocniejsze od stali. Wytrzymałość powstałego włókna (miara ilości energii potrzebnej do rozbicia włókna) jest wyższa niż w przypadku kevlaru i wszystkich poprzednich rekombinowanych włókien pajęczej przędzy, a nawet wyższa od niektórych naturalnie wytwarzanych przez pająki nici.

Ale to nie koniec historii. Zhang przyznał, że wraz z zespołem będą kontynuować prace. - Nasze badania pokazują, że możemy przeprojektować naturę, by produkować materiały, które przewyższają najlepsze rozwiązania w przyrodzie – powiedział Zhang.

 

Źródło: Washington University in St. Louis, fot. Washington University in St. Louis/Jingyao Li