Hedvábí z pavoučí sítě. Neprůstřelná vesty vyrobená z pavoučích sítí. Šaty a ubrus z pavučiny

Američtí vojenští důstojníci a policie nosí těžké, tuhé neprůstřelné vesty pro ochranné účely, které mohou poskytnout dostatečnou úroveň ochrany. Madagaskarské pavoučí hedvábí je však 10krát pevnější než kevlar, materiál používaný ve většině neprůstřelných vesty.

Pokud by bylo možné vynalézt způsob výroby pavoučího hedvábí v průmyslovém měřítku, pak by neprůstřelná vesty byla vyrobena z lehkého odolného materiálu, který by spolehlivě chránil tělo před kulkami a šrapnely.

Po několika desetiletích, kdy byly provedeny první experimenty v této oblasti, mají vědci konečně skutečnou příležitost najít způsob, jak z pavoučího hedvábí vyrobit ochranné brnění.

Kromě toho, že jde o velmi inovativní nápad, to také znamená, že vojáci a policisté budou vybaveni ultralehkou, flexibilní a ultraodolnou neprůstřelnou vesty, která účinně odolá průniku střel do těla. Nyní američtí vojáci nosí těžké, objemné ochranné prostředky, které omezují pohyb. Obvykle se jedná o extrémně těžké vesty s minimálně dvěma keramickými pláty, které mají chránit horní část těla vojáka před úlomky granátů a kulkami.

Princip fungování pevného pancíře spočívá v tom, že protipůsobící síla jeho povrchu je ekvivalentní nárazové síle střely. Čím větší ochranu však brnění poskytuje, tím těžší a nepohodlnější bude vesta. Nejlehčí neprůstřelná vesty dokáže ochránit pouze před malorážovou střelou, jejíž nárazová síla je poměrně malá. Úroveň ochrany pevného pancíře lze zvýšit přidáním dalších ochranných plátů.

I když jsou osobní ochranné prostředky důležité, v policejních příručkách je běžnou praxí upozorňovat na to, že policista bez neprůstřelné vesty má 14krát vyšší pravděpodobnost, že bude zabit střelbou. Policisté si musí vybrat mezi manévrovatelností, volností pohybu a možností zasažení kulkou.

Vojáci ve válečných oblastech nosí neprůstřelné vesty každý den, policisté v méně rizikových situacích často preferují pohodlí a lehkost středně zabezpečených brnění. Střela při srážce s povrchem neprůstřelné vesty zanechá na těle tzv. transobstrukční poranění, rozkládající sílu nárazu do všech rovin těla, v důsledku čehož není zaostřena v jednom bodě. Pancíř z měkké tkaniny zpomaluje let střely nebo střepiny díky přítomnosti několika vrstev nebo propletených vláken, která působí jako rybářská síť nebo pavučina.

Lehké flexibilní brnění s vysokou úrovní ochrany, které neodmyslitelně patří k neprůstřelným vestám vojáků speciálních jednotek, bylo donedávna pouze snem.

Kevlarová měkká pancéřová tkanina DuPont je údajně pětkrát pevnější než ocel a policisté ji hojně používají. Síla pavoučího hedvábí však stále převyšuje jeho umělé protějšky a po několik desetiletí se vědci pokoušeli vytvořit brnění ve stylu Spider-Mana.

Vědci se krok za krokem snaží sestavit pavučinu, která je lehčí a zároveň třikrát pružnější než kevlar, ale také pětkrát pevnější než průmyslová ocel. Navzdory své velikosti a hmotnosti má pavoučí hedvábí přirozenou schopnost odolávat silným nárazovým silám.

V loňském roce provedla skupina německých vědců z Heidelberského institutu pro teoretické vědy výzkum s cílem určit složky mechanismu, díky kterému je pavoučí hedvábí tak silné. Při výrobě pavoučí hedvábné tkaniny existují dva klíčové kroky: měkký, viskózní gel nejprve obsažený v pavoučím břiše a poté přeměněný na velmi silnou nit, když gel opouští pavoučí tělo. Výsledky studie, publikované v Biophysical Journal, naznačují, že složky, které hedvábí dodávají jeho pružnost, také napomáhají tomu, aby nit byla extrémně pevná. A i když se využití vlastností pavoučího hedvábí pro vlastní účely nezdá na první pohled jako schůdný úkol, přesto je vytoužený cíl ještě velmi daleko a cesta k němu se neobejde bez vážných potíží.

Mezi výzvy, kterým vědci čelí, je potřeba určit genom ideálního pavoučího hedvábí a také najít metodu, která by umožnila syntézu proteinového prvku, který produkuje hedvábí, a také určit způsob výroby takového proteinového prvku. v požadovaném množství.

Poměrně dlouhou dobu byl předmětem zkoumání zástupce nejnebezpečnějších pavoukovců - černá vdova, jejíž pavučina je výchozím materiálem pro brnění, jehož pevnost je vyšší než kevlar a ocel.

Při chovu pavouků však výzkumníci narazili na jeden problém: pavouci spolu nevycházeli a neustále bojovali, neprodukovali dostatek materiálu. V roce 2007 vědci z Kalifornské univerzity oznámili, že rozluštili záhadu genomu hedvábí černé vdovy a dále hodlají do rostlin rajčat zavést uměle vytvořené geny, které by podle jejich názoru mohly vést k produkci pavoučího hedvábí rajčat.

Rostliny rajčat, zrna, bakterie, kvasinky a dokonce i kozy, to vše bylo spolu s technickými prostředky někdy použito ve snaze přeměnit pavoučí gel na pevná vlákna.

Hedvábí produkují jemné hedvábí, ale mají obrovský přirozený potenciál vyrobit až jeden kilometr hedvábí za pár dní. V roce 1999 thajský Rajamangala Institute of Technology oznámil, že byla vytvořena neprůstřelná vesta, která používala obyčejnou pavučinu, která nevyžadovala mnoho výroby. Při testech dokázalo 16 vrstev hedvábí zastavit kulku ráže 9 mm a vesty vyrobené z tohoto materiálu úspěšně poskytovaly ochranu proti výstřelům ze zbraní ráže .22.

Autory nedávného počinu v této oblasti jsou zástupci University of Wyoming, výsledky jejich výzkumu se objevily na stránkách Proceedings of the National Academy of Sciences. Podle zveřejněných informací se vědcům podařilo geneticky modifikovat bource morušového, aby vyvinuli směs červího a pavoučího hedvábí, která je silná jako pavoučí hedvábí.

Věří se, že Svatý grál neprůstřelných vesty vyrobených z pavoučího hedvábí bude nalezen, když bude odhaleno tajemství genomu madagaskarského pavouka, jehož síť je 10krát silnější než kevlar, takový objev by umožnil konstrukci továren na výrobu hedvábí. Madagaskarské pavoučí hedvábí je považováno za nejpevnější materiál, který na planetě existuje, je 100krát pevnější než jakékoli jiné hedvábí.

Tento pavouk byl loni objeven na Madagaskaru, jeho síť může mít obvod až 25 metrů, materiál je extrémně elastický a má třikrát větší schopnost odolat síle střely než Kevlar.

Padáky, vzduchové polštáře, sportovní oblečení, rybářské sítě – seznam potenciálních aplikací pro pavoučí hedvábí pokračuje.

V současné době probíhá výzkum jeho použití v lékařských aplikacích - v chirurgických stehech, odolných umělých šlachách a vazech a jako doplňková sloučenina pro opravu nervové tkáně, která využívá elasticitu hedvábí.

Shrneme-li všechny aktuálně známé informace o madagaskarském pavoučím hedvábí, můžeme říci, že použití takového materiálu v policejních neprůstřelných vesty bude revolucí v oblasti vybavení pro úředníky činné v trestním řízení.

Číňané byli první, kdo zahájil experimenty s výrobou látek z pavučin. A tohle se jim povedlo. Svou výjimečně odolnou a odolnou tkaninu vyrobenou z pavučin nazvali tong-hai-tuan-tse, která je nám známější jako „východní mořský satén“.

Ale bez ohledu na Číňany přišel Evropanům do hlav tak skvělý nápad, jako je výroba látky z pavučin.

Dochovaly se historické záznamy, že v březnu 1665 byly louky a ploty u saského města Merseburg pokryty nejrůznějšími sítěmi neznámých pavouků a ženy z okolních vesnic si z nich vyráběly stuhy a různé ozdoby. O něco později se lidé naučili tkát látku z pavučin - neuvěřitelně tenké a velmi drahé. Pouze pro VIP. Jednoho dne dal parlament města Montpellier francouzskému králi Ludvíku XIV. ty nejjemnější punčochy a rukavice utkané z hedvábných vláken francouzských pavouků.

Stejný nádherný dárek byl udělen tehdejší trendsetterce ve Francii, samotné Josephine Beauharnais, Napoleonově milované.

Možná, že na obraze Guillauma Lethierra drtí královská Josephine v ruce rukavice z pavoučího hedvábí?

Téměř o století později měl slavný francouzský přírodovědec Orbigny kalhoty vyrobené z brazilských pavouků. Nosil je dlouho, ale neopotřebovaly se. Orbigny je měla na sobě na zasedání Francouzské akademie věd. Francouzskou akademii ale kalhoty vyrobené z pavučin nepřekvapily: takové zázraky už viděla a dokonce diskutovala o tom, zda by se pavučiny měly doporučit tkalcovskému průmyslu jako příze pro hedvábné tkaniny.

Akademie zvolila komisi, která měla za úkol podrobně prostudovat realitu a ziskovost chovu pavouků a bource morušového. Reaumur, člen této komise, shledal pavučinu jako docela vhodnou surovinu pro průmyslovou výrobu, ale rozhodl, že místní, francouzští, pavouci nepletou nitě potřebné délky. Spočítal (velmi pečlivě), že k získání jedné libry pavoučího hedvábí by bylo nutné zpracovat 522-663 pavouků. A průmyslová výroba bude vyžadovat hordy pavouků a mračna much, které je budou živit – víc než přeletět celou Francii. "Nicméně," napsal Reaumur, "možná bude časem možné najít pavouky, kteří produkují více hedvábí než ti, kteří se obvykle vyskytují v našem státě."

Takoví pavouci byli brzy skutečně nalezeni v panenských lesích Madagaskaru. Cestovatelé říkali, že jeden pavouk snadno vytáhne tři nebo čtyři kilometry těch nejjemnějších vláken za měsíc. Vlákno je tak tenké, že je prakticky neviditelné, ale neuvěřitelně pevné - bude na něm viset dřeňová přilba a nezlomí se; ptáci se do něj zapletou a zemřou, neschopní přetrhnout tenkou nit!

Tito úžasní pavouci se nazývali nefilové. Příroda nešetřila ani barvami, ani talenty, které tkalci potřebovali, a štědře je obdařila nefily. Zlatý odlesk nití dal těmto pavoukům další neoficiální jméno – zlatí pavouci.

Již dnes byla experimentálně testována síla nefilní sítě. Nit o tloušťce jedné desetiny milimetru vydrží 80 gramů (nit bource morušového jen 4-15 gramů). Je tak elastický, že se natáhne skoro do čtvrtiny délky a netrhá se. Látka vyrobená ze zlatavě zbarveného nephila webu je překvapivě vzdušná a lehká; při stejné síle je mnohem tenčí než nitě bource morušového a při stejné tloušťce je mnohem pevnější. Síť pro přízi se sbírá ze sítí nefilů nebo se odvíjí jejich vaječné zámotky. Lepší je ho ale vytáhnout přímo z pavouka, který je zasazený v truhlíku – trčí mu z něj jen špička břicha s pavoučími bradavicemi. Elastické nitě se z bradavic vytahují stejným způsobem, jako se odvíjí kokon. Z jednoho pavouka lze takto za měsíc získat asi čtyři tisíce (4000!) metrů hedvábné nitě. Pro srovnání, vlákno vymotané z kukly bource morušového může být dlouhé od tří set do pěti set metrů v závislosti na jeho plemeni.

Nejvynalézavějším experimentátorem se ukázal být jistý opat Cambouet. Při zkoumání schopností bource morušového pavouka Galaba z Madagaskaru se tomuto vynalézavému muži podařilo zdokonalit svou práci natolik, že „napojil“ živé pavouky v malých zásuvkách přímo na speciální typ tkalcovského stavu. Stroj vytahoval z pavouků nitě a hned z nich utkal to nejjemnější hedvábí.

Pokud se sbírají velký počet tohoto pavouka „zlato“ a vyrobte z něj hedvábné nitě, pak můžete utkat jedinečnou látku přírodní zlaté barvy. A to je přesně to, co designéři Simon Peers a Nicholas Godley dělali poslední tři roky.

Jejich studio se nachází v Antananarivo, hlavním městě Madagaskaru. Na pomoc si vzali asi 80 místních řemeslníků a utkali a ušili módní pelerínové šaty ze „zlatého“ pavoučího hedvábí, které je v současnosti největším produktem vyrobeným z tohoto jedinečného přírodního materiálu. Iniciativní skupině trvalo tři roky (podle některých zdrojů pět let), stovkám tisíc pavouků tkajících koule a mnoha metrem neocenitelné sítě, než jejich kreativní projekt realizovala. Výsledek předčil všechna očekávání.

Předem poznamenám, že pavouky nikdo nemučil ani netrápil, byli shromážděni speciálně vyškolenými lidmi a umístěni do podmínek blízkých přírodním. Vzhledem k tomu, že pavouci mohou produkovat pouze omezené množství zlaté sítě za sezónu, byli vypuštěni do volné přírody, jakmile sezóna skončila, a obdržela novou várku zlatých sítí. Mimochodem, samice zlatohlávek jsou extrémně agresivní mladé dámy, i když nejsou jedovaté. Mohou na sebe útočit, nebo dokonce jíst svůj vlastní druh, takže čas od času pomocní konstruktéři zodpovědní za chov zlatonosného hmyzu neměli svých svěřenců, ale takový je přirozený výběr, nepředvídatelný a krutý.

Po nasbírání potřebného množství zlaté příze se speciálně vyvinutou technikou stočila do nití a následně se látka utkala, rovněž podle doporučení dochovaných z 19. století, kdy se z pavoučího hedvábí tkaly oděvy členů královské rodiny a vládci madagaskarských provincií.

Díky nejtenčí a nejlehčí hedvábné niti, kterou pavouci vytvořili, byla váha plátna jen něco málo přes kilogram. Látka byla vyšita symbolickým vzorem s motivem pavouka a hotové pelerínové šaty vyrobené z této vzácné látky jsou k vidění ve Victoria and Albert Museum v Londýně. Přestože se jeden metr čtvereční látky vyrobené z pavoučího „zlata“ odhaduje na 500 tisíc dolarů, jedinečný outfit nelze prodat.

Chcete vědět, která látka je nejdražší na světě, stojí asi 1 milion dolarů za 2 metry čtvereční? m? Jedná se o materiál úžasné krásy a nepřekonatelných kvalitativních vlastností. Elitní, super drahé, super odolné a prostě úžasné esteticky - to je ono, nejdražší hedvábí na světě, vytvořené... pavouky.

Z historie vzniku pavoučího hedvábí

Ještě v 18. století Evropané testovali způsob tkaní látky z pavučin. Jako výrobce takového vlákna byl navržen křížový pavouk. Aby se vyrobilo něco málo přes 400 gramů příze, muselo být zničeno asi sedm set pavouků.

Pokus člověka létat za každou cenu přivedl na začátku 19. století vědecký svět zpět k otázce výroby odolné pavoučí tkaniny. Poté, aby se vyrobil balón, byl učiněn pokus získat pavoučí hedvábí z velkého madagaskarského pavouka. Přesné informace o výsledku tohoto experimentu se nedochovaly, ale to, že byl velmi nákladný jak na lidské, tak na přírodní zdroje, bylo každému jasné.

Nechovali pavouky za účelem výroby nejdražší luxusní látky. Ukázalo se, že tito členovci v mnoha přírodních podmínkách nekoření kvůli nekonzistentnosti vlhkosti, teploty a sezónní cykličnosti.

Šaty a ubrus z pavučiny

V roce 2005 Nicholas Goodley a Simon Pearce, kteří podnikali na Madagaskaru, zavřeli svou továrnu na výrobu tašek z palmových vláken a začali vyrábět hedvábí z nití pavouků, kteří tkají koule.

Prvním skutečně skutečným uměleckým dílem byl zlatý ubrus z pavoučího hedvábí, zdobený místními národními ornamenty. Stojí za zmínku, že takový luxusní odstín látky poskytl přirozenou barvu sítě tohoto typu pavouka.

Pavučina milionu pavouků byla použita k vytvoření unikátního ubrusu o rozměrech 3,4 x 1,2 m. Zajímavost: 15 000 pavouků dokáže vyrobit pouze 30 g pavoučích nití. A tkanina z pavoučího hedvábí od Pierce a Goodley váží 1180 g a nejneobvyklejší a nejdražší tkanina na světě úžasné zlaté barvy stála podnikatele půl milionu dolarů a pět let života.

Ale dnes už jsou na světě dvě taková mistrovská díla. Druhým byly jedinečné pláštěnky, poprvé představené veřejnosti v britském Victoria and Albert Museum v roce 2012. Byl nošený pouze jednou - na focení. Výroba tak elitního a nádherného oblečení trvala čtyři roky a nitky milionů pavouků tkajících koule.

Super silné pavoučí hedvábí - moderní přístup

Po odhalení tajemství tohoto jevu dnes vědci dostali odpověď na hlavní otázku - je možné vyrobit pavoučí hedvábí synteticky. A jsme připraveni tento objev využít v různých oblastech činnosti.

Oblečení z pavoučího hedvábí - novinka 2016

Nedávno společnost Spiber (Japonsko) spolu s jedním z předních výrobců sportovního oblečení představila bundu vyrobenou z látky, která je syntetickým analogem pavoučího hedvábí.

Toto je první příklad oblečení vyrobeného z umělé bílkoviny. Zahájení prodeje Moon Parka je oznámeno na konec roku 2016. Otázka alespoň přibližných nákladů na takový produkt zůstává otevřená. Ale každý chápe, že si to budou moci dovolit jen velmi bohatí kupci (zprvu bezpochyby).

Pavoučí hedvábí je velmi drahé, originální a úžasně krásné. Dokud se však výroba pavoučího hedvábí nedostane do průmyslového měřítka, kupujte předměty vyrobené z přírodního hedvábí, které nejsou o nic méně úctyhodné a nádherné ve všech ohledech!

Jen si přeji
můj malý příspěvek,
Za krátký život vazba
Alespoň nit hedvábí...
Fleur

V těchto podzimních dnech při honění neopatrné houby v lese můžeme klidně skončit v pavoučí síti. Tyto sítě nás samozřejmě neudrží, zničíme prolamované tkaní - plod pavoukovy práce a setřesením pavučin z tváří, rukou či šatů nelibě řekneme něco jako: „Tady pověsili sítě. “ Zároveň asi stojí za to žasnout nad evolucí, která vytvořila pavouka a jeho síť - pevnou a elastickou. Jedná se o natolik úspěšný materiál, že jej lidé již začínají využívat, a to nejen v transplantační medicíně – vyrábí z něj dokonce sportovní obuv. Společnosti, které vyrábějí tuny pavučiny (přesněji bílkovin, které tvoří její složení), rostou jako houby po dešti.

Nejodolnější mezi elastickými

Pavoučí vlákna se vyznačují výjimečnými mechanofyzikálními vlastnostmi. Díky své pevnosti v tahu a pružnosti mohou absorbovat mnoho energie, aniž by se rozbily. Pokud odebereme vzorky stejné hmoty pavučinového proteinu a syntetického aramidu – kevlarových vláken, ukáže se, že Kevlar dokáže před zničením absorbovat třikrát méně energie. Hlavní aminokyselinové zbytky ve fibrilárním proteinu pavoučího hedvábí jsou glycin, alanin a serin. Síla a elasticita mikrometrových rámových vláken pavučiny (tedy radiálních, na rozdíl od méně pevných spirálových) se vysvětluje tím, že uvnitř se nacházejí tuhé proteinové krystaly o velikosti několika nanometrů, propojené elastickými peptidovými vazbami. . Maximální pevnost v tahu kostrového závitu obyčejného kříže Araneus diadematus - 1,1–2,7 GPa. Pro srovnání: pevnost v tahu oceli je 0,4–1,5 GPa a pevnost lidských vlasů 0,25 GPa. A obyčejné hedvábí je v tomto ukazateli horší než pavoučí hedvábí. Pavučinu samozřejmě nelze nazvat ani nejpevnějším, ani nejpružnějším materiálem, ale tyto vlastnosti jsou v ní dokonale vyváženy.

Ještě před 15–20 lety nebylo na světě více než deset výzkumných skupin, které studovaly vlastnosti proteinů pavučiny a rysy jejich tvorby. Nyní je takových týmů již několik desítek a praktickou aplikaci webu v reálném životě přibližují tři úspěšně fungující biotechnologické společnosti. Vědci již odhalili, jak pavouci spřádají sítě a stanovili specifika jejich složení, a tyto detaily jim umožňují najít nové aplikace pro pavučiny – od regenerace nervové tkáně až po způsoby balení spotřebního zboží a vývoj nových adhezivních kompozic. Lékaře láká pavoučí hedvábí nejen ideální kombinací pevnosti a pružnosti, ale také tím, že prakticky nevyvolává imunitní odpověď. Proteiny pavučiny se používají i v biochemických laboratořích – jejich řetězce lze modifikovat nízkomolekulárními sloučeninami, což dává proteinům speciální vlastnosti.

Hlavní společnosti, které vedou vývoj v této oblasti a již vyrábějí tento produkt, jsou německé AM Hedvábí, japonština Spiber a americký (Kalifornie) Šroubové závity. Od vzniku nové chemické společnosti, která vytváří zásadně nové chemické produkty, do jejich vstupu na trh a zahájení prodeje obvykle uplyne mnohem více času.

Od kosmetiky po chirurgii

Arachnofobi se nemusí bát. Závody na výrobu umělých sítí nejsou jako pavoučí farmy, nejsou tam vůbec žádní pavouci ani jiní členovci. Místo toho „tkaní pavučin“ provádějí transgenní organismy, které obsahují geny, které řídí expresi proteinů sítě, zejména bakterií a kvasinek. I když pavučinové hedvábí produkují i ​​organismy, od kterých byste to nečekali; například existuje stádo geneticky modifikovaných koz o padesáti hlavách, které produkují mléko s proteiny z pavoučího hedvábí. Z jednoho litru mléka od takové kozy lze izolovat až 4 gramy těchto bílkovin; bakterie a houby se však ukázaly být účinnějšími „náhražkovými pavouky“.

Například společnost AM Hedvábí používá geneticky modifikované verze E-coli. Bakterie se pěstují ve velkých fermentačních kádích, poté se buňky rozloží a protein z pavoučího hedvábí se uvolní jako bílý prášek, který lze následně granulovat, přeměnit na hydrogel nebo na vlákna - výrobci biosyntetického pavoučího hedvábí prodávají své produkty v všechny tři formy.

Jedna z aktivit AM Hedvábí - kosmetické nástroje Hedvábné korálky A Silkgel s proteiny pavoučího hedvábí, které poskytují pokožce prodyšnou ochranu proti bakteriím a škodlivým látkám v prostředí. Biosyntetické pavoučí hedvábí je často inzerováno jako „veganské hedvábí“ – zejména pro ty, kteří považují za nepřijatelné zabíjet zakuklené housenky bource morušového (zřejmě skutečnost, že k získání biosyntetického pavoučího hedvábí musíte zabít E-coli, nezarmoutí vegany).

Pro kosmetology je biosyntetický web dobrý, protože jeho proteiny nezpůsobují imunitní odpověď a na jejich povrchu nerostou a nemnoží se bakterie. Tyto vlastnosti jsou pro biomedicínu ještě důležitější a jsou dány primární strukturou proteinů. Vlákna pavoučího hedvábí jsou složena ze spidroinových proteinů, které obsahují opakující se peptidové sekvence lemované neopakujícími se jednotlivými doménami, z nichž více než polovinu aminokyselinových zbytků tvoří glycin. Možná je to vysoký obsah glycinových zbytků ve vnějších doménách spidroinů (zbývající aminokyselinové zbytky se nacházejí uvnitř struktury proteinů pavučiny), co činí pavoučí hedvábí biokompatibilním. Faktem je, že glycin je nejmenší aminokyselina, její postranní skupina, která se nepodílí na tvorbě proteinového řetězce, se skládá z jednoho atomu vodíku, což snižuje pravděpodobnost účasti glycinových zbytků na chemických reakcích a mezimolekulárních interakcích. To je důvod, proč se buňky nemohou vázat na spidroiny, a proto se biotechnologické pavoučí hedvábí nanáší na povrch lékařských zařízení, aby jim spidroiny poskytovaly biologickou ochranu.

Výzkumníci z AM Hedvábí referují o experimentech, ve kterých byly proteiny z pavoučího hedvábí aplikovány na katétry vyrobené z polyuretanu, polystyrenu, polyethylenu a také na kovy a keramiku pro implantáty. Ukázalo se, že takový povlak poskytuje dobrou antibakteriální ochranu a snižuje riziko komplikací při použití polysiloxanových (silikonových) implantátů (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprothetic Fibrous Capsule Formation // Pokročilé funkční materiály, 2014, 24, 2658–2666; doi: 10.1002/adfm.201302813). Bakteriální biofilmy rostou hůře na biotechnologických povlacích než na teflonu a oceli.

Rostoucí biologické tkáně

Jmenovec japonské společnosti Spiber- švédština Technologie Spiber Na trhu zatím nemá žádné produkty, je stále ve fázi vývoje a proteiny vyrábí pouze v gramovém množství. Biotechnologové této společnosti představili E-coli pouze část genu zodpovědného za produkci spidroinů, takže bakterie produkují proteiny přibližně jedné desetiny velikosti nativních proteinů pavoučího hedvábí. Tyto proteiny budou použity k výrobě síťových nebo porézních lešení pro cílený růst kmenových buněk, rekonstrukci kostní tkáně a hojení ran. V takových matricích již byly úspěšně kultivovány savčí buňky. Švédští vědci nedávno upravili své hedvábné lešení vazebným motivem charakteristickým pro glykoprotein fibronektin a zjistili, že kožní buňky se vážou účinněji na tento modifikovaný templát (Widhe M. et al. Fibronektinový mimetický motiv zlepšuje vazbu buněk zprostředkovanou integrinem na rekombinantní pavoučí hedvábí matrice // Biomateriály, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

Buňky se typicky kultivují na rovném povrchu, ale růst většiny orgánů a tkání vyžaduje trojrozměrné lešení. Trojrozměrné porézní systémy zkrácených spidroinů se zabudovanými aktivátory buněčného růstu napodobují tkáňovou matrici a „klamou“ buňky a nutí je růst požadovaným směrem.

Vědci se například učí tímto způsobem pěstovat malé části pankreatické tkáně potřebné k léčbě cukrovky. Pavoučí hedvábné matrice in vitro dokáže udržet stabilitu kolonií lidských pankreatických buněk po dobu tří měsíců (Johansson U. et al. Přežití a přihojení ostrůvků pankreatu je podporováno kulturou na funkcionalizovaných matricích pavoučího hedvábí // PLoS One, 2015, 10, e0130169; doi: 10.1371/journal.pone.0130169). Trojrozměrná matrice nejen zajistila životaschopnost buněk, ale také zajistila, že na stimulaci glukózou reagovaly produkcí inzulínu. Postupem času tkáň zvětšila svůj objem a vytvořilo se v ní více cév (Shalaly N. D. et al. Hedvábné matrice podporují tvorbu ostrůvkovitých shluků vylučujících inzulín // Biomateriály, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006), což zvyšuje šance na úspěšnou transplantaci.

Práce ve spolupráci s Spiber Laboratoř Anny Riesingové na švédské Royal Karolinska University používá model ex vivo studovat charakteristiky regenerace míšní tkáně v přítomnosti pavoučího hedvábí. Studie ukázaly, že periferní nervová tkáň ovcí úspěšně rostla na vodítkách z pavoučího hedvábí (Widhe M. et al. Vyzvaný přehled současného pokroku a omezení pavoučího hedvábí pro biomedicínské aplikace // Biopolymery, 2012, 97, 6, 468–478, doi: 10.1002/bip.21715; Rising A. Řízené sestavení: předpoklad pro použití rekombinantního pavoučího hedvábí v regenerativní medicíně? // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

Napodobování přírody

Pavouk spřádá pavučinu pomocí speciálních pavoukovitých žláz - vlákna jsou tvořena z vysoce koncentrovaného proteinového roztoku, z tohoto roztoku dokáže pavoučí samice spřádat až sedm druhů vláken. Laboratoř Rising nedávno vyrobila rekombinantní proteiny pavoučího hedvábí, které mají nejen opakující se sekvence podobné přírodním proteinům, ale také N- a C-konce charakteristické pro pavoučí spidroin (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Spiders // International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290). V současné době nejsou N- a C-konce většiny biotechnologických spidroinů totožné s těmi přírodními, a přesto se řada vědců, například Thomas Scheibel z Bayreuthské univerzity, domnívá, že jde o začátek a konec řetězce, které jsou kritické pro tvorbu pevných vláken z vodného roztoku (Schacht K. et al. Biofabrication of cell-loaded 3D spider hedvábných konstruktů // Angewandte Chemie Int. Ed., 2015, 54, 2816–2820; doi: 10.1002/anie.201409846).

V současné době je většina laboratorních metod pro přeměnu proteinů pavoučího hedvábí na vlákna založena na použití hexafluorisopropanolu, toxického rozpouštědla, které je nejen nebezpečné, ale může také pomalu ničit proteiny a má vysoké náklady. To vše vylučuje možnost jeho průmyslového využití. Nedávno byla publikována metoda, která umožňuje rozpustit spidroiny v čisté vodě a získat z nich vlákno (Jones J. A. et al. More Than Just Fibers: An Aqueous Method for the Production of Innovative Recombinant Spider Silk Protein Materials // Biomakromolekuly, 2015, 16, 1418–1425; doi: 10.1021/acs.biomac.5b00226). Řešení pro zvlákňování vláken lze vyrobit pomocí mikrovlnná trouba, předpokládá se, že rozpouštění je zajištěno vlivem teploty a tlaku. Společnosti vyvíjející metody spřádání vláken z pavoučího hedvábí přicházejí s vlastními přístupy, které nejsou veřejně publikovány, ale také raději kreslí umělé pavučiny z vodného roztoku, čímž minimalizují použití drahých a nebezpečných rozpouštědel.

Laboratorní protokol pro zpracování biotechnologického pavoučího hedvábí zahrnuje proces sedimentace a vysolování bílkovin a jejich denaturaci. Vysrážený a denaturovaný protein je poté formován do vláknité struktury ze suspenze ve vodně-alkoholickém roztoku. Jednotlivá vlákna lze spřádat do nití obsahujících od osmi do dvaceti čtyř pramenů a taková vlákna jsou již vhodná pro praktické použití. Ale společnosti nemusí nutně spřádat sítě – je jednodušší použít biotechnologické spidroiny v práškové nebo hydrogelové formě pro potahování. Odhaduje se, že kilogram pavoučích proteinů stačí k poskytnutí antibakteriálních a antikoagulačních povlaků pro několik milionů (od jednoho do deseti - v závislosti na velikosti) katétrů. Očekává se, že do konce roku 2017 bude takovéto zdravotnické vybavení testováno na zvířatech v příštích 5 letech, některé jeho vzorky budou certifikovány americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) a začnou se používat klinicky; praxe.

Kostým Spidermana

Umělé spidroiny se využívají nejen v biomedicíně. Již bylo zmíněno, že pevnost v tahu pavoučího hedvábí je vyšší než pevnost kevlaru, ale bohužel schopnost elastické deformace v reakci na mechanické zatížení nám neumožňuje považovat čistý spidroin za materiál pro „přirozenou“ neprůstřelnou vestu. . Neprůstřelná vesta z pavoučího hedvábí se zachytí a zastaví, ale do té doby s největší pravděpodobností vypadne z těla nebo uvízne ve vnitřních orgánech spolu s „neprůstřelnou“ pancíří. Výhodou aramidových vláken, ze kterých je kevlar vyroben, je právě to, že se nedeformují. Kompozity spidroinu s aramidy nebo uhlíkovými vlákny jsou však docela vhodné pro výrobu pružných a odolných konstrukčních prvků v automobilech nebo bezpilotních vzdušných prostředcích. Existují kompozice rekombinovaného pavoučího hedvábí s keramickými nanočásticemi, které dokážou blokovat plyny a vodní páru, čímž jsou ideální materiály pro balení potravin (Doblhofer E. Structural Insights into Water-Based Spider Silk Protein - Nanoclay Composites with Excelent Gas and Water Parrier Barrier Properties // Materiály a rozhraní ACS, 2016, 8, 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287). Při jejich výrobě se nepoužívají toxické látky, bílkoviny jsou rozpuštěny ve vodě a samotný kompozit je průhledný a biologicky odbouratelný.

Další důležitou výhodou pavoučího hedvábí je, že se neroztéká. Proto jsou textilie vyrobené z pavoučích nití, přírodní nebo biotechnologicky získané, předmětem zájmu tvůrců armádní techniky. Při vystavení vysokým teplotám, jako jsou bleskové rány a živé granáty, se nylonové řemínky přileb moderních vojáků a jiných oděvních součástí mohou roztavit nebo dokonce přitavit k pokožce a způsobit vážné popáleniny. Vlákna a textilie vyrobené z umělých pavučin jsou jednoduše zuhelnatělé, což snižuje riziko dodatečného vystavení pokožky teplotám – to zajímá armádu, která je ochotna zaplatit více za zajištění bezpečnosti personálu. Dosud jsou náklady na biosyntetický web vysoké a mezi oblečením v dostupné cenové kategorii je nepravděpodobné, že v blízké budoucnosti bude možné najít něco se štítkem "pavoučí hedvábí"(produkty s AliExpress se nepočítá, výrobci si o nich mohou psát, co chtějí). Dvě společnosti však přesto riskovaly a uvedly na trh oblečení vyrobené z biotechnologického spidroinu.

Tak v září 2015 společnost vyrábějící sportovní oblečení pro aktivní odpočinek Severní strana začala inzerovat a testovat bouřkovou bundu vyrobenou z rekombinovaného pavoučího hedvábí. První ukázky by měly vyjít letos, 2017. Budou vyrobeny z pavoučího hedvábí od japonské firmy Spiber. Zástupci společnosti tvrdí, že se jim podařilo snížit náklady na výrobu spidroinových vláken na sto dolarů za kilogram. Aby však tkaniny vyrobené ze syntetické sítě přestaly být údělem elity, náklady na výrobu příze by měly být alespoň stejné jako náklady na přírodní hedvábí bource morušového (30–70 USD za kilogram, v závislosti na kvalitě). Společnost Spiber doufá, že tento cíl je docela dosažitelný i jeho konkurenti, kteří vyvíjejí stále levnější technologie;

Tedy již zmíněná německá firma AM Hedvábí používá biosyntetické proteiny z pavoučího hedvábí k výrobě vláken pod obchodním názvem Bioocel("Biosteel"). Řízení AM Hedvábí Jsme si jisti, že toto vlákno bude použito k výrobě obuvi a oděvů, stejně jako textilií pro sedadla automobilů a letadel. V roce 2014 představil Adidas řadu sportovních tréninkových bot vyrobených téměř výhradně (kromě podrážky) z vláken. Bioocel.

Lepkavá lesní pavučina tak ušla dlouhou cestu a nyní z ní nové chemické firmy spřádají silné sítě, kterým se podařilo založit výrobu známého přírodního materiálu a našly pro něj mnoho využití. Možná se za deset let výroba biosyntetické sítě rozvine natolik, že se v obchodě s oblečením zeptáme konzultantů, z jakého přírodního hedvábí je tato halenka vyrobena - bource morušového nebo pavouka. Přirozeně, hedvábné spidroiny budou i nadále tkát své sítě do chirurgie, regenerativní medicíny, stejně jako do nových oblastí, o kterých zatím nevíme. Podívejte se, objeví se zařízení, které dokáže vystřelit vlákno biosyntetické sítě, aby šplhalo po stěnách nebo znehybnilo nepřátele – a co je nejdůležitější, bude to možné udělat bez čekání na kousnutí radioaktivního mutantního pavouka.

Pojďme snít o stavu beztíže pletená halenka, odolná jako neprůstřelná vesta. Z jakého vlákna si myslíte, že se dá vyrobit? Nikdy neuhodnete! Tato halenka bude pletená z vytvořené příze z webu!

Pavouci tkají sítě pro chytání sítí a útulných nor. Mladí pavouci se vydávají na pavučinová dobrodružství do vzdálených míst. A lidé se po staletí snaží naučit používat web pro své potřeby.

Staří Číňané vytvářeli hedvábí z pavoučích sítí, král Slunce měl z pavoučího hedvábí pletené punčochy a rukavice, francouzský přírodovědec d'Orbigny měl kalhoty z pavoučích sítí.

Tkanina je pevnější než ocel, je lehká a elastická a skládá se z proteinových molekul. Tkanina se dokáže natáhnout o 40 % své délky, aniž by se zlomila, a je tak lehká, že půl kila pavučiny je více než dost na to, aby se obepínala kolem Země.

Bylo prokázáno, že pavučiny mají také antiseptické vlastnosti a podporují hojení ran. Velcí pavouci rodu Nephila jsou proslulí spřádáním obrovských sítí o průměru až 8 metrů, které používají rybáři polynéských ostrovů k lovu ryb. Na fotografiích můžete vidět tyto pavouky a jejich sítě.

Proč tedy příze s tak úžasnými vlastnostmi neplní regály obchodů? Pavouci se pro svou dravost chovají v zajetí jen velmi obtížně, pokud se chystáte založit pavoučí farmu, možná se po čase vaši mazlíčci prostě sežerou navzájem. Navzdory potížím se však najdou odvážné duše vytvářející pavoučí farmy a japonští vědci slibují, že brzy uvolní produkty vyrobené z pavoučích sítí.

A přesto, navzdory všem obtížím a nákladům na práci, existují hotové věci vyrobené z pavoučího hedvábí. Podívejte se na plášť, který všem na výstavě v Londýně představili Simon Pearce a Nicholas Goodley.

V současnosti se jedná o největší výrobek z pavoučího hedvábí na světě a řemeslníci na jeho vzniku pracovali více než čtyři roky. To vyžadovalo shromáždit síť více než milionu pavouků.