Svila iz paukove mreže. Oklop za tijelo napravljen od paukove mreže. Haljina i stolnjak od paukove mreže

Američki vojni oficiri i policija nose teške, čvrste oklope za tijelo u zaštitne svrhe, koji mogu pružiti dovoljan nivo zaštite. Međutim, Madagaskarska paukova svila je 10 puta jača od Kevlara, materijala koji se koristi u većini pancira.

Kada bi bilo moguće izmisliti metodu za proizvodnju paukove svile u industrijskim razmjerima, onda bi oklop za tijelo bio napravljen od laganog, teškog materijala koji bi mogao pouzdano zaštititi tijelo od metaka i gelera.

Nakon što je prošlo nekoliko decenija od kada su sprovedeni prvi eksperimenti na ovom području, naučnici konačno imaju pravu priliku da pronađu način da naprave zaštitni oklop od paukove svile.

Osim što je vrlo inovativna ideja, to također znači da će vojnici i policajci biti opremljeni ultra laganim, fleksibilnim i ultra-izdržljivim pancirima koji mogu efikasno izdržati metke koji uđu u tijelo. Sada američki vojnici nose tešku, glomaznu zaštitnu opremu koja ograničava kretanje. Obično su to izuzetno teški prsluci s najmanje dvije keramičke ploče namijenjene zaštiti gornjeg dijela tijela vojnika od fragmenata granata i metaka.

Princip rada čvrstog oklopa je da je sila suprotstavljanja njegove površine ekvivalentna sili udarca metka. Međutim, što više zaštite pruža oklop, prsluk će biti teži i neudobniji. Najlakši oklop može zaštititi samo od projektila malog kalibra, čija je udarna sila relativno mala. Nivo zaštite čvrstog oklopa može se povećati dodavanjem dodatnih zaštitnih ploča.

Iako je lična zaštitna oprema važna, uobičajena je praksa u policijskim priručnicima da se ističe da je 14 puta veća vjerovatnoća da će policajac bez pancira poginuti od vatrenog oružja. Policajci moraju birati između manevarske sposobnosti, slobode kretanja i mogućnosti da budu pogođeni metkom.

Vojnici u ratnim zonama svakodnevno nose pancire, dok policajci u manje rizičnim situacijama često preferiraju praktičnost i lakoću oklopa srednje sigurnosti. Metak, sudarajući se s površinom pancira, ostavlja takozvanu trans-opstruktivnu ozljedu na tijelu, raspoređujući udarnu silu na sve ravnine tijela, zbog čega nije fokusiran u jednoj tački. Oklop od meke tkanine usporava let metka ili gelera zbog prisustva više slojeva ili isprepletenih vlakana koja djeluju na način ribarske mreže ili paukove mreže.

Lagani fleksibilni oklop s visokim nivoom zaštite, svojstven oklopima vojnika specijalnih snaga, donedavno je bio samo san.

Kaže se da je DuPontova meka oklopna tkanina od kevlara pet puta jača od čelika i da je naširoko koriste policajci. Međutim, snaga paukove svile je i dalje superiorna u odnosu na njene umjetne kolege, a nekoliko desetljeća naučnici su pokušavali stvoriti oklop u stilu Spider-Mana.

Istraživači, red po red, pokušavaju da sastave paukovu mrežu, koja je lakša po težini i istovremeno tri puta elastičnija od kevlara, ali i pet puta čvršća od industrijskog čelika. Uprkos svojoj veličini i težini, paukova svila ima prirodnu sposobnost da izdrži snažne udarne sile.

Prošle godine, grupa njemačkih naučnika sa Heidelberg instituta za teorijske nauke sprovela je istraživanje kako bi utvrdila komponente mehanizma koji čini paukovu svilu tako jakom. Postoje dva ključna koraka u proizvodnji tkanine od paukove svile: meki, viskozni gel koji se prvo nalazi u trbuhu pauka, a zatim se pretvara u vrlo jaku nit kada gel izlazi iz tijela pauka. Rezultati studije, objavljeni u Biophysical Journalu, pokazuju da komponente koje daju svili elastičnost također pomažu da konac bude izuzetno jak. I iako korištenje svojstava paukove svile u vlastite svrhe na prvi pogled ne izgleda kao izvediv zadatak, ipak je cijenjeni cilj još uvijek vrlo daleko, a put do njega ne dolazi bez ozbiljnih poteškoća.

Među izazovima sa kojima se naučnici suočavaju je i potreba da se utvrdi genom idealne paukove svile, kao i da se pronađe metoda koja bi omogućila sintezu proteinskog elementa koji proizvodi svilu, kao i da se utvrdi metoda za proizvodnju takvog proteinskog elementa. u potrebnim količinama.

Dugo vremena predmet istraživanja bio je predstavnik najopasnijih paukova - crne udovice, čija je mreža polazni materijal za oklop, čija je čvrstoća veća od Kevlara i čelika.

Međutim, prilikom uzgoja pauka, istraživači su naišli na jedan problem: pauci se nisu mogli slagati jedni s drugima i stalno su se tukli, ne proizvodeći dovoljno materijala. 2007. godine naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji objavili su da su riješili misteriju genoma svile crne udovice i dalje namjeravaju uvesti umjetno stvorene gene u biljke paradajza, što bi, po njihovom mišljenju, moglo dovesti do toga da paradajz proizvodi paukovu svilu.

Biljke paradajza, žitarice, bakterije, kvasac, pa čak i koze su korišteni, zajedno sa tehničkim sredstvima, u jednom trenutku u pokušaju da se paukov gel pretvori u čvrste filamente.

Svilene bube proizvode finu svilu, ali imaju ogroman prirodni potencijal za proizvodnju do jednog kilometra svile za nekoliko dana. 1999. godine, tajlandski Rajamangala Institute of Technology izvijestio je da je napravljen pancir koji koristi običnu paukovu mrežu, koja nije zahtijevala mnogo proizvodnje. U testovima je 16 slojeva svile bilo u stanju da zaustavi metak od 9 mm, a prsluci napravljeni od ovog materijala uspješno su pružili zaštitu od hitaca ispaljenih iz oružja kalibra .22.

Autori nedavnog dostignuća u ovoj oblasti su predstavnici Univerziteta u Vajomingu, a rezultati njihovog istraživanja pojavili su se na stranicama Proceedings of the National Academy of Sciences. Prema objavljenim informacijama, istraživači su uspjeli genetski modificirati svilene bube kako bi razvili mješavinu crve i paukove svile koja je jaka poput paukove svile.

Vjeruje se da će Sveti gral oklopa napravljenog od paukove svile biti otkriven kada se otkrije tajna genoma pauka sa Madagaskara, čija je mreža 10 puta jača od kevlara, takvo otkriće bi omogućilo izgradnju fabrika za proizvodnju svile. Madagaskarska paukova svila smatra se najjačim materijalom koji postoji na planeti, 100 puta je čvršća od bilo koje druge svile.

Ovaj pauk otkriven je na Madagaskaru prošle godine, njegova mreža može biti do 25 metara u obimu, materijal je izuzetno elastičan i ima tri puta veću sposobnost da izdrži silu metka od Kevlara.

Padobrani, vazdušni jastuci, sportska odeća, ribarske mreže - lista potencijalnih primena za paukovu svilu se nastavlja.

Trenutno se provode istraživanja njegove upotrebe u medicinskim primjenama - u kirurškim šavovima, izdržljivim umjetnim tetivama i ligamentima, te kao dodatni spoj za popravak nervnog tkiva, koji koristi elastičnost svile.

Da sumiramo sve trenutno poznate informacije o Madagaskarski paukovoj svili, možemo reći da će upotreba takvog materijala u policijskim pancirima biti revolucija u području opreme za službenike za provođenje zakona.

Kinezi su prvi započeli eksperimente u proizvodnji tkanine od paukove mreže. I u tome su uspjeli. Svoju izuzetno izdržljivu i izdržljivu tkaninu napravljenu od paukove mreže nazvali su tong-hai-tuan-tse, koja nam je poznatija kao "istočni morski saten".

Ali bez obzira na Kineze, tako svijetla ideja kao što je pravljenje tkanine od paukove mreže došla je na pamet Evropljana.

Sačuvani su historijski zapisi da su u martu 1665. godine livade i ograde u blizini saksonskog grada Merseburga bile prekrivene raznolikom mrežom nepoznatih paukova, a od nje su si žene iz okolnih sela pravile vrpce i razne ukrase. Nešto kasnije, ljudi su naučili tkati tkaninu od paukove mreže - nevjerojatno tanke i vrlo skupe. Samo za VIP osobe. Jednog dana, parlament grada Monpeljea poklonio je francuskom kralju Luju XIV najfinije čarape i rukavice satkane od svilenih niti francuskih paukova.

Isti izuzetan poklon dobio je i tadašnja trendseterka u Francuskoj, sama Josephine Beauharnais, Napoleonova voljena.

Možda na slici Guillaumea Lethierrea kraljevska Žozefina u ruci gnječi rukavice od paukove svile?

Gotovo stoljeće kasnije, poznati francuski prirodnjak Orbigny nosio je pantalone napravljene od mreže brazilskih paukova. Nosio ih je dugo, ali se nisu istrošile. Orbigny ih je nosio na sastanku Francuske akademije nauka. No, Francuska akademija nije bila iznenađena pantalonama napravljenim od paukove mreže: već je viđala takva čuda i čak je raspravljala o pitanju treba li paukove mreže preporučiti tkalačkoj industriji kao predivo za svilene tkanine.

Akademija je izabrala komisiju, koja je imala zadatak da detaljno prouči realnost i isplativost paukovog seljaštva i svilarstva. Reaumur, član ove komisije, smatra da je mreža sasvim pogodna sirovina za industrijsku proizvodnju, ali je odlučio da domaći, francuski pauci ne tkaju niti potrebne dužine. Izračunao je (vrlo pedantno) da će biti potrebno obraditi 522-663 pauka da bi se dobio jedan kilogram paukove svile. A industrijska proizvodnja će zahtijevati horde pauka i oblake muva da ih hrane - više nego da lete preko cijele Francuske. “Međutim”, napisao je Reaumur, “možda će s vremenom biti moguće pronaći pauke koji proizvode više svile od onih koji se obično nalaze u našoj državi.”

Takvi pauci su ubrzo zapravo pronađeni u netaknutim šumama Madagaskara. Putnici su rekli da jedan pauk lako izvuče tri ili četiri kilometra najfinijih niti za mjesec dana. Konac je toliko tanak da je praktički nevidljiv, ali nevjerojatno jak - na njemu će visiti jezgrasta kaciga i neće se slomiti; ptice se zapetljaju u njega i umiru, nesposobne da prekinu tanku nit!

Ovi nevjerovatni pauci su se zvali nefili. Priroda nije štedjela ni na bojama ni na talentima potrebnim tkaljama, te ih je velikodušno obdarila nefilima. Zlatni odsjaj niti dao je ovim paucima još jedno neslužbeno ime - zlatni pauci.

Već danas je eksperimentalno ispitana snaga nefilske mreže. Konac debljine jedne desetine milimetra može izdržati 80 grama (konac svilene bube može držati samo 4-15 grama). Toliko je elastična da se proteže skoro četvrtinu svoje dužine i ne kida se. Tkanina od zlatno obojene nefile je iznenađujuće prozračna i lagana; sa istom snagom mnogo je tanji od niti svilene bube, a sa istom debljinom mnogo je jači. Mreža za pređu skuplja se iz mreža nefila ili se odmotavaju njihove čahure jaja. Ali bolje ga je izvući direktno iz pauka koji je zasađen u kutiju - iz njega viri samo vrh trbuha sa paukovim bradavicama. Elastične niti se izvlače iz bradavica na isti način kao što se odmotava čahura. Na ovaj način se od jednog pauka za mjesec dana može dobiti oko četiri hiljade (4000!) metara svilenog konca. Poređenja radi, nit odmotana iz čahure svilene bube može biti duga od tri stotine do petsto metara, ovisno o svojoj rasi.

Ispostavilo se da je najinventivniji eksperimentator izvjesni Abbot Cambouet. Istražujući mogućnosti svilene bube pauka Galaba sa Madagaskara, ovaj inventivni čovjek uspio je toliko unaprijediti svoj rad da je žive pauke u malim fiokama „povezao“ direktno na posebnu vrstu razboja. Mašina je izvlačila niti iz pauka i odmah tkala od njih najfiniju svilu.

Ako se prikupi veliki broj ovog pauka „zlato“, i od njega napravite svilene niti, onda možete isplesti jedinstvenu tkaninu prirodne zlatne boje. A to je upravo ono što dizajneri Simon Peers i Nicholas Godley rade posljednje tri godine.

Njihov studio se nalazi u Antananarivu, glavnom gradu Madagaskara. Uzimajući u pomoć oko 80 domaćih majstora, ispleli su i sašili modernu kapu haljinu od "zlatne" paukove svile, koja je trenutno najveći proizvod napravljen od ovog jedinstvenog prirodnog materijala. Inicijativnoj grupi su bile potrebne tri godine (prema nekim izvorima pet godina), stotine hiljada paukova koji tkaju kugle i mnogo metara neprocjenjive mreže da izvedu svoj kreativni projekat. Rezultat je nadmašio sva očekivanja.

Napominjem unaprijed da pauke niko nije mučio ili mučio, sakupljali su ih posebno obučeni ljudi i stavljali u uslove bliske prirodnim. Budući da pauk može proizvesti samo ograničenu količinu zlatne mreže po sezoni, pušteni su u divljinu čim se sezona završila, primajući novu seriju zlatnih mreža. Inače, ženke zlatnih crva su izuzetno agresivne mlade dame, iako nisu otrovne. Mogu napasti jedni druge, pa čak i jesti svoje vrste, pa su s vremena na vrijeme pomoćnici dizajnera zaduženi za čuvanje insekata koji nose zlato bili nedovoljni, ali takva je prirodna selekcija, nepredvidiva i okrutna.

Sakupivši potrebnu količinu zlatnog prediva, upredao se u niti, po posebno razvijenoj tehnici, a potom je tkanina tkana, takođe po preporukama sačuvanim iz 19. stoljeća, kada se paukova svila koristila za tkanje odjeće za pripadnike kraljevske porodice i vladari provincija Madagaskara.

Zahvaljujući najtanjoj i najlakšoj svilenoj niti koju su stvorili pauci, težina platna bila je nešto više od kilograma. Tkanina je izvezena simboličnim uzorkom na temu pauka, a gotovu haljinu od ovog dragocjenog platna možete vidjeti u Muzeju Viktorije i Alberta u Londonu. Unatoč činjenici da se jedan kvadratni metar tkanine od paukovog „zlata“ procjenjuje na 500 hiljada dolara, jedinstvena odjeća ne može se prodati.

Želite li znati koja je tkanina najskuplja na svijetu, koja košta oko milion dolara po 2 kvadratna metra? m? Ovo je materijal zadivljujuće ljepote i nenadmašnih kvalitetnih karakteristika. Elitna, super skupa, super izdržljiva i jednostavno nevjerovatna estetski - to je ona, najskuplja svila na svijetu, stvorena... od pauka.

Iz istorije stvaranja paukove svile

Još u 18. veku Evropljani su testirali način tkanja tkanine od paukove mreže. Kao proizvođač takvog konca predložen je križni pauk. Da bi se proizvelo nešto više od 400 grama pređe, trebalo je uništiti oko sedam stotina pauka.

Čovjekov pokušaj da leti po svaku cijenu vratio je naučni svijet na pitanje proizvodnje izdržljive paukove tkanine početkom 19. vijeka. Zatim, da bi se napravio balon, pokušano je da se dobije paukova svila od velikog madagaskarskog pauka. Tačni podaci o ishodu ovog eksperimenta nisu sačuvani, ali je činjenica da je bio veoma skup i ljudski i prirodni resursi svima bila jasna.

Nisu uzgajali pauke u svrhu proizvodnje najskupljeg luksuznog materijala. Pokazalo se da se ovi člankonošci ne ukorjenjuju u mnogim prirodnim uvjetima zbog nedosljednosti u vlažnosti, temperaturi i sezonskoj cikličnosti.

Haljina i stolnjak od paukove mreže

Godine 2005. Nicholas Goodley i Simon Pearce, koji su poslovali na Madagaskaru, zatvorili su svoju fabriku za proizvodnju vrećica od palminih vlakana i počeli da prave svilu od niti paukova koji tkaju kugle.

Prvo istinski umjetničko djelo bio je zlatni stolnjak od paukove svile, ukrašen lokalnim nacionalnim ornamentima. Vrijedi napomenuti da je tako luksuzna nijansa tkanine pružila prirodnu boju mreže ove vrste pauka.

Mreža od milion pauka iskorišćena je za kreiranje jedinstvenog stolnjaka dimenzija 3,4 x 1,2 m. Zanimljiva činjenica: 15.000 pauka može proizvesti samo 30 g paukovih niti. A tkanina od paukove svile iz Piercea i Goodleya teška je 1180 g, a najneobičnija i najskuplja tkanina na svijetu nevjerovatne zlatne boje koštala je biznismene pola miliona dolara i pet godina života.

Ali danas u svijetu već postoje dva takva remek-djela. Druga je bila unikatna haljina s ogrtačem, prvi put predstavljena javnosti u britanskom Muzeju Viktorije i Alberta 2012. godine. Nošena je samo jednom - za fotografisanje. Proizvodnja tako elitne i divne odjeće trajala je četiri godine i konci miliona paukova koji tkaju kugle.

Super jaka paukova svila - moderan pristup

Otkrivši tajnu ovog fenomena, danas su naučnici dobili odgovor na glavno pitanje - da li je moguće sintetički napraviti paukovu svilu. I spremni smo da ovo otkriće iskoristimo u raznim oblastima aktivnosti.

Odjeća od paukove svile - novo 2016

Nedavno je kompanija Spiber (Japan) zajedno sa jednim od vodećih proizvođača sportske odjeće predstavila jaknu od tkanine koja je sintetički analog paukove svile.

Ovo je prvi primjer odjeće napravljene od umjetnih proteina. Početak prodaje Moon Parka najavljen je za kraj 2016. godine. Pitanje barem približne cijene takvog proizvoda ostaje otvoreno. Ali svi razumiju da će samo vrlo bogati kupci to moći priuštiti (u početku, bez sumnje).

Paukova svila je veoma skupa, originalna, neverovatno lepa. Međutim, dok proizvodnja paukove svile ne dosegne industrijske razmjere, kupujte predmete od prirodne svile koji nisu ništa manje ugledni i divni u svakom pogledu!

Samo želim
moj mali doprinos da dam,
Iza kratak život weave
Barem nit svile...
Fleur

Ovih jesenjih dana, jureći nemarnu gljivu u šumi, mogli bismo završiti u paukovoj mreži. Naravno, ove mreže nas neće držati, uništit ćemo ažurno tkanje - plod rada pauka i, otresajući paučinu s lica, ruku ili odjeće, nezadovoljno ćemo reći nešto poput: „Ovdje su vješali mreže. ” U isto vrijeme, vjerojatno je vrijedno diviti se evoluciji koja je stvorila pauka i njegovu mrežu - jaku i elastičnu. Ovo je toliko uspješan materijal da ga ljudi već počinju koristiti, i to ne samo u transplantacijskoj medicini - od njega izrađuju čak i sportsku obuću. Kompanije koje proizvode tone mreže (tačnije, proteina koji čine njen sastav) rastu kao gljive.

Najizdržljiviji među elastičnim

Vlakna paukove mreže odlikuju se izuzetnim mehanofizičkim svojstvima. Zbog svoje vlačne čvrstoće i elastičnosti, mogu apsorbirati mnogo energije bez lomljenja. Ako uzmemo uzorke iste mase proteina paukove mreže i sintetičkih aramidnih - kevlarskih vlakana, ispada da Kevlar može apsorbirati tri puta manje energije prije uništenja. Glavni ostaci aminokiselina u fibrilarnom proteinu paukove svile su glicin, alanin i serin. Snaga i elastičnost mikrometarskih niti okvira mreže (odnosno radijalnih, za razliku od manje jakih spiralnih) objašnjava se činjenicom da se unutar njih nalaze kruti kristali proteina veličine nekoliko nanometara, međusobno povezani elastičnim peptidnim vezama. . Maksimalna vlačna čvrstoća navoja trupa običnog križa Araneus diadematus - 1,1–2,7 GPa. Za poređenje: vlačna čvrstoća čelika je 0,4–1,5 GPa, a ljudske kose 0,25 GPa. A obična svila je inferiorna od paukove svile u ovom pokazatelju. Naravno, paukova mreža se ne može nazvati ni najjačim ni najelastičnijim materijalom, ali su ta svojstva u njoj savršeno izbalansirana.

Prije samo 15-20 godina u svijetu nije postojalo više od deset istraživačkih grupa koje su proučavale svojstva proteina paukove mreže i karakteristike njihovog formiranja. Sada već postoji nekoliko desetina takvih timova, a praktičnu primjenu weba u stvarnom životu približavaju tri uspješno poslujuće biotehnološke kompanije. Istraživači su već otkrili kako pauci pletu mreže i utvrdili specifičnosti njihovog sastava, a ovi detalji im omogućavaju da pronađu nove primjene paukove mreže - od regeneracije nervnog tkiva do metoda pakovanja robe široke potrošnje i razvoja novih ljepljivih sastava. Ljekare privlači paukova svila ne samo svojom idealnom kombinacijom snage i elastičnosti, već i činjenicom da praktički ne izaziva imunološki odgovor. Proteini paukove mreže se također koriste u biohemijskim laboratorijama - njihovi lanci se mogu modificirati spojevima male molekularne težine, dajući proteinima posebna svojstva.

Glavne kompanije koje vode razvoj u ovoj oblasti i već proizvode proizvod su nemačke AM Silk, japanski Spiber i američki (Kalifornija) Bolt Threads. Tipično, mnogo više vremena prođe od pojave nove hemijske kompanije koja stvara fundamentalno nove hemijske proizvode do njihovog ulaska na tržište i početka prodaje.

Od kozmetike do hirurgije

Arahnofobi ne treba da brinu. Postrojenja za proizvodnju umjetne mreže nisu kao farme pauka tamo uopće nema pauka ili drugih člankonožaca. Umjesto toga, "tkanje mreže" obavljaju transgeni organizmi koji sadrže gene koji kontroliraju ekspresiju mrežnih proteina, uglavnom bakterija i kvasca. Iako paukovu svilu proizvode i organizmi od kojih to ne biste očekivali; na primjer, postoji stado genetski modificiranih koza od pedesetak grla koje proizvode mlijeko s proteinima paukove svile. Iz jedne litre mlijeka od takve koze može se izdvojiti do 4 grama ovih proteina; međutim, pokazalo se da su bakterije i gljivice djelotvornije "ersatz pauci".

Na primjer, kompanija AM Silk koristi genetski modificirane verzije E. coli. Bakterije se uzgajaju u velikim posudama za fermentaciju, zatim se stanice razgrađuju i protein paukove svile se oslobađa u obliku bijelog praha, koji se zatim može granulirati, pretvoriti u hidrogel ili u vlakna - proizvođači biosintetičke paukove svile prodaju svoje proizvode u sva tri oblika.

Jedna od aktivnosti AM Silk - kozmetičkim alatima Silkbeads I Silkgel sa proteinima paukove svile koji pružaju koži prozračnu zaštitu od bakterija i štetnih materija iz okoline. Biosintetička paukova svila se često reklamira kao "veganska svila" - posebno za one koji smatraju neprihvatljivim ubijanje kukuljičastih gusjenica svilene bube (očigledno je činjenica da da biste dobili biosintetičku paukovu svilu morate ubiti E. coli, ne rastužuje vegane).

Za kozmetologe, biosintetička mreža je dobra jer njeni proteini ne izazivaju imunološki odgovor i bakterije ne rastu i ne razmnožavaju se na njihovoj površini. Ova svojstva su još važnija za biomedicinu, a određena su primarnom strukturom proteina. Vlakna paukove svile se sastoje od proteina spidroina, koji sadrže ponavljajuće peptidne sekvence okružene pojedinačnim domenima koji se ne ponavljaju, od kojih je više od polovine aminokiselinskih ostataka glicin. Možda je visok sadržaj ostataka glicina u vanjskim domenima spidroina (preostali ostaci aminokiselina smješteni unutar strukture proteina paukove mreže) ono što čini paukovu svilu biokompatibilnom. Činjenica je da je glicin najmanja aminokiselina, njegova bočna grupa, koja nije uključena u formiranje proteinskog lanca, sastoji se od jednog atoma vodika, a to smanjuje vjerovatnoću da ostaci glicina sudjeluju u kemijskim reakcijama i međumolekularnim interakcijama. Zbog toga se ćelije ne mogu vezati za spidroine, zbog čega se biotehnološka paukova svila nanosi na površinu medicinskih uređaja kako bi im spidroini pružili biološku zaštitu.

Istraživači iz AM Silk izvještavaju o eksperimentima u kojima su proteini paukove svile primijenjeni na katetere od poliuretana, polistirena, polietilena, kao i metala i keramike za implantate. Pokazalo se da takav premaz pruža dobru antibakterijsku zaštitu i smanjuje rizik od komplikacija pri korišćenju polisiloksanskih (silikonskih) implantata (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings kao bioštit za smanjenje periprostetske fibrozne kapsule // Napredni funkcionalni materijali, 2014, 24, 2658–2666; doi: 10.1002/adfm.201302813 ). Bakterijski biofilmovi rastu gore na biotehnološkim mrežnim premazima nego na teflonu i čeliku.

Uzgoj bioloških tkiva

Imenjak japanske kompanije Spiber- Švedski Spiber Technologies Još nema proizvoda na tržištu, u fazi je razvoja i proizvodi proteine ​​samo u gramskim količinama. Biotehnolozi ove kompanije predstavili su E. coli samo dio gena odgovoran za proizvodnju spidroina, tako da bakterije proizvode proteine ​​oko jedne desetine veličine proteina prirodne paukove svile. Ovi proteini će se koristiti za izradu mrežastih ili poroznih skela za ciljani rast matičnih ćelija, rekonstrukciju koštanog tkiva i zacjeljivanje rana. Ćelije sisara su već uspješno kultivirane u takvim matricama. Nedavno su švedski istraživači modificirali svoju svilenu skelu motivom vezivanja karakterističnim za glikoprotein fibronektin, i otkrili da se ćelije kože efikasnije vezuju za ovaj modificirani šablon (Widhe M. et al. Motiv za oponašanje fibronektina poboljšava vezivanje ćelija posredovano integrinom za rekombinantnu paukovu svilu matrice // Biomaterijali, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

Ćelije se obično uzgajaju na ravnoj površini, ali rast većine organa i tkiva zahtijeva trodimenzionalne skele. Trodimenzionalni porozni sistemi skraćenih spidroina sa ugrađenim aktivatorima rasta ćelija imitiraju tkivni matriks i „obmanjuju“ ćelije, uzrokujući da rastu u željenom pravcu.

Na primjer, istraživači uče da na ovaj način uzgajaju male dijelove tkiva gušterače, potrebne za liječenje dijabetesa. Spider Silk Matrice in vitro može održati stabilnost kolonija ljudskih ćelija pankreasa tri mjeseca (Johansson U. et al. Preživljavanje i presađivanje pankreasa promovira kultura na funkcionaliziranim matricama paukove svile // PLoS One, 2015, 10, e0130169; doi: 10.1371/journal.pone.0130169). Trodimenzionalni matriks ne samo da je osigurao održivost ćelija, već je osigurao i da one odgovore na stimulaciju glukozom proizvodnjom inzulina. Vremenom se tkivo povećalo u volumenu i u njemu se formiralo više krvnih žila (Shalaly N. D. et al. Svilene matrice pospješuju stvaranje klastera nalik na otočiće koji luče inzulin // Biomaterijali, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006), što povećava šanse za uspješnu transplantaciju.

Rad u saradnji sa Spiber Laboratorija Anne Riesing na švedskom Kraljevskom univerzitetu Karolinska koristi model ex vivo proučavati karakteristike regeneracije tkiva kičmene moždine u prisustvu paukove svile. Studije su pokazale da je periferno nervno tkivo ovaca uspješno raslo na vodilicama od paukove svile (Widhe M. et al. Pozvani pregled trenutnog napretka i ograničenja paukove svile za biomedicinske primjene // Biopolimeri, 2012, 97, 6, 468–478, doi: 10.1002/bip.21715; Rising A. Kontrolisano sklapanje: preduslov za upotrebu rekombinantne paukove svile u regenerativnoj medicini? // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

Imitiranje prirode

Pauk svoju mrežu prede uz pomoć posebnih arahnoidnih žlijezda - niti se formiraju od visoko koncentriranog proteinskog rastvora, iz te otopine ženka pauka može ispredati do sedam vrsta vlakana. Nedavno je laboratorij Rising proizveo rekombinantne proteine ​​paukove svile koji ne samo da imaju ponavljajuće sekvence slične prirodnim proteinima, već i N- i C-krajeve karakteristične za spidroin pauka (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Spiders // Međunarodni časopis za molekularne nauke, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290 ). Trenutno, N- i C-kraj većine biotehnoloških spidroina nisu isti kao oni prirodnih, a ipak brojni naučnici, na primjer Thomas Scheibel sa Univerziteta u Bayreuthu, vjeruju da je to početak i kraj lanca koji su kritični za formiranje jakih vlakana iz vodene otopine (Schacht K. et al. Biofabrication of 3D spider silk constructs) Angewandte Chemie Int. Ed., 2015, 54, 2816–2820; doi: 10.1002/anie.201409846 ).

Trenutno, većina laboratorijskih metoda za pretvaranje proteina paukove svile u vlakna temelji se na upotrebi heksafluoroizopropanola, toksičnog otapala koje nije samo opasno, već može i polako uništavati proteine ​​i ima visoku cijenu. Sve to isključuje mogućnost njegove industrijske upotrebe. Nedavno je objavljena metoda koja omogućava da se spidroini otapaju u čistoj vodi i dobiju iz njih u vlakna (Jones J. A. et al. More Than Just Fibers: An Aqueous Method for the Production of Innovative Recombinant Spider Silk Protein Materials // Biomacromolecules, 2015, 16, 1418–1425; doi: 10.1021/acs.biomac.5b00226). Otopina za predenje vlakana može se napraviti pomoću mikrovalna pecnica, pretpostavlja se da je otapanje osigurano djelovanjem temperature i pritiska. Kompanije koje razvijaju metode za predenje vlakana od paukove svile dolaze s vlastitim pristupima, koji se ne objavljuju javno, ali također radije crtaju umjetne paukove mreže iz vodenog rastvora, minimizirajući upotrebu skupih i opasnih otapala.

Laboratorijski protokol za preradu biotehnološke paukove svile podrazumijeva postupak taloženja i soljenja proteina, a oni denaturiraju. Precipitirani i denaturirani protein se zatim formira u vlaknastu strukturu iz suspenzije u vodeno-alkoholnoj otopini. Pojedinačna vlakna mogu se ispredati u niti koje sadrže od osam do dvadeset četiri niti, a takve niti su već pogodne za praktičnu upotrebu. Ali kompanije ne moraju nužno da predu mreže – lakše je koristiti biotehnološke spidroine u obliku praha ili hidrogela za premazivanje. Procjenjuje se da je kilogram paukovih proteina dovoljan da obezbijedi antibakterijske i antikoagulantne obloge za nekoliko miliona (od jednog do deset - ovisno o veličini) katetera. Nadamo se da će do kraja 2017. takva medicinska oprema biti testirana na životinjama u narednih 5 godina, neki od njenih uzoraka će biti certificirani od strane US Food and Drug Administration (FDA) i da će se početi koristiti u kliničkoj praksi; praksa.

Spajdermen kostim

Vještački spidroini se ne koriste samo u biomedicini. Već je spomenuto da je vlačna čvrstoća paukove svile veća od one od kevlara, ali, nažalost, sposobnost elastične deformacije kao odgovor na mehaničko opterećenje ne dopušta nam da čisti spidroin smatramo materijalom za "prirodni" oklop. . Pancir od paukove svile će se uhvatiti i zaustaviti, ali će do tada najvjerovatnije izaći iz tijela ili će se zaglaviti u unutrašnjim organima zajedno sa "oklopom". Prednost aramidnih vlakana od kojih se pravi kevlar je upravo u tome što se ne deformišu. Međutim, kompoziti spidroina s aramidima ili karbonskim vlaknima su prilično pogodni za proizvodnju fleksibilnih i izdržljivih strukturnih elemenata u automobilima ili bespilotnim letjelicama. Postoje kompozicije rekombinovane paukove svile s keramičkim nanočesticama koje mogu blokirati plinove i vodenu paru, čineći idealne materijale za pakovanje hrane (Doblhofer E. Structural Insights in Water-Based Spider Silk Protein - Nanoclay Composites with Excell Gas and Water Pare Barrier Properties // ACS primijenjeni materijali i sučelja, 2016, 8, 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287 ). U njihovoj proizvodnji se ne koriste toksične tvari, proteini su otopljeni u vodi, a sam kompozit je providan i biorazgradiv.

Još jedna važna prednost paukove svile je da se ne topi. Stoga je tekstil napravljen od paučinih niti, prirodnih ili biotehnološki dobijenih, zanimljiv za kreatore vojne opreme. Kada su izloženi visokim temperaturama, kao što su bljeskalice i žive granate, najlonske kaiševe modernih vojničkih šlemova i drugih odjevnih predmeta mogu se istopiti ili čak spojiti s kožom, uzrokujući ozbiljne opekotine. Vlakna i tekstil napravljeni od umjetne paukove mreže jednostavno su ugljenisani, što smanjuje rizik od dodatnog izlaganja kože temperaturi - to je ono što zanima vojsku, koja je spremna platiti više kako bi osigurala sigurnost osoblja. Do sada je cijena biosintetičke mreže visoka, a među odjećom u pristupačnoj cjenovnoj kategoriji malo je vjerovatno da će u bliskoj budućnosti biti moguće pronaći nešto s oznakom "paukova svila"(proizvodi sa AliExpress se ne računa, proizvođači mogu pisati o njima šta god žele). Međutim, dvije kompanije su ipak preuzele rizik da na tržište plasiraju odjeću napravljenu od biotehnološkog spidroina.

Tako je u septembru 2015. godine kompanija za proizvodnju sportske odjeće za aktivnu rekreaciju The North Face počeo reklamirati i testirati jaknu od oluje napravljene od rekombinovane paukove svile. Obećano je da će prvi uzorci biti objavljeni ove, 2017. godine. Biće napravljene od paukove svile japanske kompanije Spiber. Predstavnici kompanije tvrde da su uspjeli smanjiti troškove proizvodnje spidroin vlakana na sto dolara po kilogramu. Međutim, kako bi tkanine od sintetičke mreže prestale biti dio elite, cijena proizvodnje pređe bi trebala biti barem ista kao i prirodna svila od svilene bube (30-70 dolara po kilogramu, ovisno o kvaliteti). Kompanija Spiber nada se da je taj cilj sasvim ostvariv i njegovi konkurenti, koji razvijaju sve jeftinije tehnologije;

Dakle, već pomenuta nemačka kompanija AM Silk koristi biosintetičke proteine ​​paukove svile za proizvodnju vlakana pod trgovačkim imenom Biosteel(“Biosteel”). Menadžment AM Silk Uvjereni smo da će se ovo vlakno koristiti za izradu obuće i odjeće, kao i tekstila za automobilska i avionska sjedišta. Adidas je 2014. godine predstavio liniju sportskih cipela za trening napravljene gotovo u potpunosti (osim đona) od vlakana. Biosteel.

Tako je ljepljiva šumska paučina daleko dogurala, a sada od nje snažne mreže plete nove hemijske kompanije koje su uspjele uspostaviti proizvodnju poznatog prirodnog materijala i našle mu mnoge primjene. Možda će se za deset godina proizvodnja biosintetičke mreže toliko razviti da ćemo pitati konsultante u prodavnici odeće od kakve je prirodne svile napravljena ova bluza - svilene bube ili pauka. Naravno, svileni spidroini će nastaviti da tkaju svoje mreže u hirurgiju, regenerativnu medicinu, kao i u nova područja kojih još nismo svjesni. Pogledajte, pojavit će se uređaj koji može pucati na nit biosintetičke mreže kako bi se penjao na zidove ili imobilizirao zlobnike - i, što je najvažnije, to će biti moguće učiniti bez čekanja na ugriz radioaktivnog mutantnog pauka.

Hajde da sanjamo o bestežinskom stanju pletena bluza, izdržljiva poput pancira. Šta mislite od kojih vlakana se može napraviti? Nikada nećete pogoditi! Ova bluza će biti pletena od kreiranog prediva sa weba!

Pauci pletu mreže za hvatanje mreža i udobnih jazbina. Mladi pauci odlaze u avanture paučine u daleka mjesta. I ljudi vekovima pokušavaju da nauče kako da koriste internet za svoje potrebe.

Drevni Kinezi stvarali su svilu od paukove mreže, Kralj Sunce je imao čarape i rukavice pletene od paukove svile, francuski prirodnjak d'Orbigny nosio je pantalone napravljene od paukove mreže.

Jača od čelika, lagana i elastična, mreža se sastoji od proteinskih molekula. Mreža se može rastegnuti 40% svoje dužine bez pucanja i toliko je lagana da je pola kilograma mreže više nego dovoljno da se omota oko Zemlje.

Dokazano je da paukove mreže imaju i antiseptička svojstva i pospješuju zacjeljivanje rana. Veliki pauci iz roda Nephila poznati su po predenju ogromnih mreža prečnika do 8 metara, koje ribari polinezijskih ostrva koriste za ulov ribe. Na fotografijama možete vidjeti ove pauke i njihovu mrežu.

Pa zašto pređe sa tako neverovatnim svojstvima nisu ispunile police prodavnica? Zbog njihove grabežljive prirode, pauke je vrlo teško uzgajati u zatočeništvu, ako ćete osnovati farmu pauka, možda će nakon nekog vremena vaši ljubimci jednostavno pojesti jedni druge. Međutim, uprkos poteškoćama, postoje hrabre duše koje stvaraju farme pauka, a japanski naučnici obećavaju da će uskoro objaviti proizvode napravljene od paukove mreže.

Pa ipak, unatoč svim poteškoćama i troškovima rada, gotove stvari od paukove svile postoje. Pogledajte mantiju, koju su svima na izložbi u Londonu predstavili Simon Pearce i Nicholas Goodley.

Ovo je trenutno najveći proizvod od paukove svile na svijetu, a majstori su na njegovom stvaranju radili više od četiri godine. To je zahtijevalo prikupljanje mreže od više od milion pauka.