Svila iz pajkove mreže. Neprebojni jopiči iz pajkove mreže. Obleka in prt iz pajkove mreže

Ameriški vojaški častniki in policija v zaščitne namene nosijo težke, toge neprebojne jopiče, ki lahko zagotovijo zadostno raven zaščite. Vendar pa je pajkova svila z Madagaskarja 10-krat močnejša od kevlarja, materiala, ki se uporablja za večino neprebojnih jopičev.

Če bi bilo mogoče izumiti metodo za proizvodnjo pajkove svile v industrijskem obsegu, bi bil neprebojni jopič izdelan iz lahkega, težkega materiala, ki bi lahko zanesljivo zaščitil telo pred kroglami in šrapneli.

Po nekaj desetletjih, odkar so bili izvedeni prvi poskusi na tem področju, imajo znanstveniki končno pravo priložnost, da najdejo način za izdelavo zaščitnih neprebojnih jopičev iz pajkove svile.

Poleg tega, da gre za zelo inovativno idejo, to pomeni tudi, da bodo vojaki in policisti opremljeni z ultralahkimi, fleksibilnimi in ultra vzdržljivimi neprebojnimi jopiči, ki bodo lahko učinkovito zdržali vdor krogel v telo. Zdaj ameriški vojaki nosijo težko, zajetno zaščitno opremo, ki omejuje gibanje. Običajno so to izredno težki jopiči z vsaj dvema keramičnima ploščama, namenjenima zaščiti zgornjega dela vojakovega telesa pred drobci granat in naboji.

Načelo delovanja trdnega oklepa je, da je nasprotna sila njegove površine enakovredna sili udarca krogle. Vendar pa večjo zaščito kot oklep zagotavlja, težji in bolj neudoben bo jopič. Najlažji neprebojni jopič lahko zaščiti le pred izstrelkom majhnega kalibra, katerega udarna sila je relativno majhna. Stopnjo zaščite masivnega oklepa lahko povečamo z dodajanjem dodatnih zaščitnih plošč.

Medtem ko je osebna zaščitna oprema pomembna, policijska navodila pogosto vključujejo opomnike, da obstaja 14-krat večja verjetnost, da bo policist brez neprebojnih jopičev umrl zaradi streljanja. Policisti morajo izbirati med manevrskimi sposobnostmi, svobodo gibanja in možnostjo, da jih zadene krogla.

Vojaki na vojnih območjih vsakodnevno nosijo neprebojne jopiče, medtem ko policisti v manj tveganih situacijah pogosto dajejo prednost udobju in lahkosti srednje varnih jopičev. Krogla, ki trči v površino neprebojnega jopiča, pusti na telesu tako imenovano transobstruktivno poškodbo, ki porazdeli silo udarca po vseh ravninah telesa, zaradi česar ni osredotočena na eno točko. Oklep iz mehke tkanine upočasni let krogle ali šrapnela zaradi prisotnosti več plasti ali prepletenih vlaken, ki delujejo kot ribiška mreža ali pajkova mreža.

Lahki prožni oklep z visoko stopnjo zaščite, ki je del neprebojnih jopičev vojakov specialnih enot, je bil do nedavnega le sanje.

DuPontova mehka oklepna tkanina Kevlar naj bi bila petkrat močnejša od jekla in jo policisti pogosto uporabljajo. Vendar pa je moč pajkove svile še vedno boljša od svojih umetnih kolegov in znanstveniki že več desetletij poskušajo ustvariti oklep v slogu Spider-Mana.

Raziskovalci poskušajo sestaviti pajkovo mrežo, ki je lažja in hkrati trikrat bolj elastična od kevlarja, a tudi petkrat močnejša od industrijskega jekla. Kljub svoji velikosti in teži ima pajkova svila naravno sposobnost, da prenese močne udarne sile.

Lani je skupina nemških znanstvenikov s Heidelberškega inštituta za teoretične znanosti izvedla raziskavo, da bi ugotovila komponente mehanizma, zaradi katerega je pajkova svila tako močna. Pri izdelavi tkanine iz pajkove svile sta dva ključna koraka: mehak, viskozen gel, ki je najprej v pajkovem trebuhu, nato pa se spremeni v zelo močno nit, ko gel zapusti pajkovo telo. Študija, objavljena v Biophysical Journal, kaže, da sestavine, ki dajejo svili njeno elastičnost, prav tako pomagajo narediti nit izjemno močno. In čeprav se na prvi pogled zdi, da uporaba lastnosti pajkove svile za lastne namene ni izvedljiva naloga, je zaželeni cilj še vedno zelo daleč in pot do njega ni brez resnih težav.

Med izzivi, s katerimi se soočajo znanstveniki, je potreba po določitvi genoma idealne pajkove svile, pa tudi po iskanju metode, ki bi omogočila sintezo beljakovinskega elementa, ki proizvaja svilo, in tudi po določitvi metode za proizvodnjo takšnega proteinskega elementa v zahtevanih količinah.

Dolgo časa je bil predmet raziskav predstavnik najnevarnejših pajkov - črna vdova, katere mreža je izhodiščni material za oklep, katerega trdnost je višja od kevlarja in jekla.

Vendar pa so raziskovalci pri vzreji pajkov naleteli na eno težavo: pajki se niso mogli razumeti drug z drugim in so se nenehno borili, pri čemer niso proizvedli dovolj materiala. Leta 2007 so znanstveniki s kalifornijske univerze sporočili, da so razrešili skrivnost genoma svile črne vdove in nameravajo nadalje vnesti umetno ustvarjene gene v rastline paradižnika, kar bi po njihovem mnenju lahko privedlo do tega, da paradižnik proizvaja pajkovo svilo.

Rastline paradižnika, žitarice, bakterije, kvasovke in celo koze so bili včasih uporabljeni skupaj s tehničnimi sredstvi pri poskusu preoblikovanja pajkovega gela v trdne filamente.

Sviloprejke proizvajajo fino svilo, vendar imajo ogromen naravni potencial, da proizvedejo do enega kilometra svile v nekaj dneh. Leta 1999 je tajski tehnološki inštitut Rajamangala poročal, da je bil ustvarjen neprebojni jopič, ki je uporabljal navadno pajkovo mrežo, ki ni zahtevala veliko proizvodnje. Na testih je 16 plasti svile ustavilo 9 mm kroglo, jopiči iz tega materiala pa so uspešno zaščitili pred streli iz orožja kalibra .22.

Avtorji nedavnega dosežka na tem področju so predstavniki Univerze v Wyomingu, rezultati njihove raziskave so se pojavili na straneh Proceedings of the National Academy of Sciences. Po objavljenih informacijah je raziskovalcem uspelo gensko spremeniti sviloprejke, da so razvili mešanico svile črvov in pajkov, ki je enako močna kot svila pajkov.

Domneva se, da bo sveti gral neprebojnih oklepov iz pajkove svile najden, ko bo razkrita skrivnost genoma pajka iz Madagaskarja, katerega mreža naj bi bila 10-krat močnejša od kevlarja, tako odkritje bi omogočilo izdelavo svile proizvodne tovarne. Madagaskarska pajkova svila velja za najtrdnejši material na planetu, saj je 100-krat močnejša od katere koli druge svile.

Tega pajka so lani odkrili na Madagaskarju, njegova mreža ima lahko obseg do 25 metrov, material je izjemno elastičen in ima trikrat večjo sposobnost, da prenese silo krogle kot kevlar.

Padala, zračne blazine, športna oblačila, ribiške mreže – seznam možnih uporab pajkove svile se nadaljuje.

Trenutno potekajo raziskave njegove uporabe v medicinskih aplikacijah – v kirurških šivih, trpežnih umetnih kitah in vezeh ter kot dodatna spojina za obnovo živčnega tkiva, ki uporablja elastičnost svile.

Če povzamemo vse trenutno znane podatke o Madagaskarski pajkovi svili, lahko rečemo, da bo uporaba takega materiala v policijskih neprebojnih jopičih pomenila revolucijo na področju opreme za uradnike organov pregona.

Kitajci so bili prvi, ki so začeli s poskusi izdelovanja blaga iz pajkove mreže. In to jim je tudi uspelo. Svojo izjemno trpežno in trpežno tkanino iz pajkovih mrež so poimenovali tong-hai-tuan-tse, ki je pri nas bolj poznana kot »vzhodnomorski saten«.

Toda ne glede na Kitajce je Evropejcem prišla v glavo tako svetla ideja, kot je izdelava tkanine iz pajkovih mrež.

Ohranjeni so zgodovinski zapisi, da so marca 1665 travniki in ograje pri saškem mestu Merseburg prekrite z najrazličnejšimi mrežami neznanih pajkov, iz njih pa so si žene okoliških vasi izdelovale trakove in različne okraske. Malo kasneje so se ljudje naučili tkati tkanino iz pajkove mreže - neverjetno tanke in zelo drage. Samo za VIP osebe. Nekega dne je parlament mesta Montpellier podaril francoskemu kralju Ludviku XIV. najboljše nogavice in rokavice, stkane iz svilenih niti francoskih pajkov.

Enako izvrstno darilo je prejela takratna oblikovalka trendov v Franciji, sama Josephine Beauharnais, Napoleonova ljubljena.

Morda na sliki Guillauma Lethierra kraljevska Josephine v roki mečka rokavice iz pajkove svile?

Skoraj stoletje pozneje je slavni francoski naravoslovec Orbigny nosil hlače iz mreže brazilskih pajkov. Dolgo jih je nosil, a se niso obrabile. Orbigny jih je nosil na srečanju francoske akademije znanosti. Toda francoska akademija ni bila presenečena nad hlačami iz pajčevine: take čudeže je že videla in celo razpravljala o tem, ali se splača priporočati pajčevino tkalski industriji kot prejo za svilene tkanine.

Akademija je izvolila komisijo, ki je imela nalogo, da podrobno preuči resničnost in donosnost pajkovega svilarstva in sviloprejk. Reaumur, član te komisije, je ugotovil, da je mreža povsem primerna surovina za industrijsko proizvodnjo, vendar se je odločil, da lokalni, francoski, pajki ne pletejo niti zahtevane dolžine. Izračunal je (zelo natančno), da bi bilo treba obdelati 522-663 pajkov, da bi dobili en funt pajkove svile. In industrijska proizvodnja bo zahtevala horde pajkov in oblake muh, ki jih bodo hranili - več kot le preleteti vso Francijo. »Vendar,« je zapisal Reaumur, »mogoče bo sčasoma mogoče najti pajke, ki proizvedejo več svile kot tisti, ki jih običajno najdemo v naši državi.«

Takšne pajke so kmalu dejansko našli v pragozdovih Madagaskarja. Popotniki so rekli, da en pajek zlahka izvleče tri ali štiri kilometre najfinejših niti v enem mesecu. Nit je tako tanka, da je praktično nevidna, a neverjetno močna - na njej bo visela čelada iz jedra in se ne bo zlomila; ptice se zapletejo vanjo in poginejo, ne morejo pretrgati tanke niti!

Te neverjetne pajke so imenovali nefili. Narava ni skoparila niti z barvami niti s talenti, ki jih potrebujejo tkalci, in jih je radodarno obdarila z nefili. Zlati odsev niti je tem pajkom dal še eno neuradno ime - zlati pajki.

Že danes so eksperimentalno preizkusili trdnost mreže nephil. Desetinko milimetra debela nit zdrži 80 gramov (sviloprejka zdrži le 4-15 gramov). Je tako elastična, da se raztegne skoraj četrtino svoje dolžine in se ne strga. Tkanina iz zlate nephila mreže je presenetljivo zračna in lahka; pri enaki trdnosti je mnogo tanjša od sviloprejke niti, pri enaki debelini pa mnogo močnejša. Mreža za prejo se zbira iz mrež nefilov ali pa se odvijajo njihovi jajčni kokoni. Vendar je bolje, da ga potegnete neposredno iz pajka, ki je posajen v škatli - iz njega štrli le konica njegovega trebuha s pajkovimi bradavicami. Elastične niti izvlečemo iz bradavic na enak način kot odvijamo kokon. Na ta način lahko iz enega pajka v mesecu dni pridobimo okoli štiri tisoč (4000!) metrov svilene niti. Za primerjavo, nit, razpletena iz kokona sviloprejke, je lahko dolga od tristo do petsto metrov, odvisno od pasme.

Najbolj iznajdljiv eksperimentator se je izkazal za nekega opata Camboueta. Z raziskovanjem sviloprejkih zmožnosti pajka Galaba z Madagaskarja je ta iznajdljivi človek uspel svoje delo tako izboljšati, da je žive pajke v majhnih predalih »priklopil« neposredno na posebno vrsto statve. Stroj je iz pajkov vlekel niti in iz njih takoj stkal najbolj fino svilo.

Če je zbrano veliko število to pajkovo "zlato" in iz njega naredite svilene niti, nato pa lahko tkate edinstveno tkanino naravne zlate barve. In prav to zadnja tri leta počneta oblikovalca Simon Peers in Nicholas Godley.

Njihov studio se nahaja v Antananarivu, glavnem mestu Madagaskarja. Ob pomoči okoli 80 lokalnih mojstrov so iz »zlate« pajčje svile stkali in sešili modno pelerino, ki je trenutno največji izdelek iz tega edinstvenega naravnega materiala. Iniciativna skupina je potrebovala tri leta (po nekaterih virih pet let), več sto tisoč pajkov, ki pletejo krogle, in veliko metrov neprecenljive mreže, da je izpeljala svoj ustvarjalni projekt. Rezultat je presegel vsa pričakovanja.

Vnaprej bom opozoril, da pajkov nihče ni mučil ali mučil, zbrali so jih posebej usposobljeni ljudje in postavili v razmere, ki so blizu naravnim. Ker lahko pajek proizvede le omejeno količino zlate mreže na sezono, so ju izpustili v naravo takoj, ko se je sezona končala, in prejeli novo serijo zlate mreže. Mimogrede, samice zlatih črvov so izjemno agresivne mlade dame, čeprav niso strupene. Lahko se napadejo ali celo pojedo sebi podobne, zato so bili občasno pomočniki načrtovalcev, odgovorni za ohranjanje zlatonosnih žuželk, pomanjkljivi, a taka je naravna selekcija, nepredvidljiva in okrutna.

Ko so zbrali potrebno količino zlate preje, so jo po posebej razviti tehniki zvili v niti in nato tkali platno, prav tako po priporočilih, ohranjenih iz 19. stoletja, ko so iz pajkove svile tkali opravo pripadnikov kraljeve družine in vladarji provinc Madagaskarja.

Zahvaljujoč najtanjši in najlažji svileni niti, ki so jo ustvarili pajki, je bila teža platna nekaj več kot kilogram. Tkanina je bila izvezena s simboličnim vzorcem na temo pajkov, dokončana obleka s ogrinjalom iz te dragocene tkanine pa je na ogled v muzeju Victoria in Albert v Londonu. Kljub dejstvu, da je en kvadratni meter tkanine iz pajkovega "zlata" ocenjen na 500 tisoč dolarjev, unikatne obleke ni mogoče prodati.

Ali želite vedeti, katera tkanina je najdražja na svetu, saj stane približno 1 milijon dolarjev na 2 kvadratna metra? m? To je material neverjetne lepote in neprekosljivih kakovostnih lastnosti. Elitna, super draga, super vzdržljiva in preprosto estetsko neverjetna - to je to, najdražja svila na svetu, ki so jo ustvarili... pajki.

Iz zgodovine ustvarjanja pajkove svile

Že v 18. stoletju so Evropejci preizkusili metodo tkanja blaga iz pajkove mreže. Kot proizvajalec take niti je bil predlagan križni pajek. Za proizvodnjo nekaj več kot 400 gramov preje je bilo treba uničiti približno sedemsto pajkov.

Človekov poskus letenja za vsako ceno je znanstveni svet na začetku 19. stoletja vrnil k vprašanju izdelave trpežne tkanine za pajke. Nato so za izdelavo balona poskusili pridobiti pajkovo svilo iz velikega madagaskarskega pajka. Natančni podatki o izidu tega poskusa niso ohranjeni, vendar je bilo vsem jasno, da je bil zelo drag v smislu človeških in naravnih virov.

Pajkov niso vzgajali za namene proizvodnje najdražje luksuzne tkanine. Izkazalo se je, da se ti členonožci ne ukoreninijo v številnih naravnih pogojih zaradi neskladnosti vlažnosti, temperature in sezonske cikličnosti.

Obleka in prt iz pajkove mreže

Leta 2005 sta Nicholas Goodley in Simon Pearce, ki sta poslovala na Madagaskarju, zaprla svojo tovarno za proizvodnjo vrečk iz palmovih vlaken in začela izdelovati svilo iz niti pajkov, ki so tkali krogle.

Prva prava umetnina je bil zlat prt iz pajkove svile, okrašen z lokalnimi narodnimi ornamenti. Omeniti velja, da je tako razkošen odtenek tkanine zagotovil naravno barvo mreže te vrste pajka.

Iz mreže milijona pajkov je nastal unikaten prt velikosti 3,4 x 1,2 m. Zanimivost: 15.000 pajkov lahko proizvede le 30 g pajkovih niti. In pajkova svilena tkanina Pierce and Goodley tehta 1180 g. In najbolj nenavadna in najdražja tkanina na svetu neverjetne zlate barve je poslovneže stala pol milijona dolarjev in pet let življenja.

A danes sta na svetu že dve takšni mojstrovini. Druga je bila unikatna obleka s ogrinjalom, prvič predstavljena javnosti v britanskem muzeju Viktorije in Alberta leta 2012. Nošena je bila samo enkrat - za fotografiranje. Izdelava tako elitne in čudovite obleke je trajala štiri leta in niti milijonov pajkov, ki so tkali krogle.

Super močna pajkova svila - sodoben pristop

Ko so znanstveniki razkrili skrivnost tega pojava, so danes dobili odgovor na glavno vprašanje - ali je mogoče sintetično izdelati pajkovo svilo. In to odkritje smo pripravljeni uporabiti na različnih področjih delovanja.

Oblačila iz pajkove svile - novost 2016

Pred kratkim je Spiber (Japonska) skupaj z enim od vodilnih proizvajalcev športnih oblačil predstavil jakno iz tkanine, ki je sintetični analog pajkove svile.

To je prvi primer oblačila iz umetnih beljakovin. Začetek prodaje Moon Parka je napovedan za konec leta 2016. Vprašanje vsaj približnih stroškov takega izdelka ostaja odprto. Toda vsi razumejo, da si ga bodo lahko privoščili le zelo premožni kupci (sprva brez dvoma).

Pajkova svila je zelo draga, izvirna in neverjetno lepa. Dokler pa proizvodnja pajkove svile ne doseže industrijskega obsega, kupujte predmete iz naravne svile, ki niso nič manj ugledni in čudoviti v vseh pogledih!

Samo želim si
moj majhen prispevek,
Za kratko življenje tkati
Vsaj nit svile...
Fleur

V teh jesenskih dneh, ko bomo v gozdu lovili neprevidno gobo, se lahko znajdemo v pajkovi pasti. Seveda nas te mreže ne bodo zadržale, uničili bomo odprto tkanje - plod pajkovega dela in, ko bomo otresli pajčevino z obraza, rok ali oblačil, nezadovoljno rekli nekaj takega: »Tukaj so obesili mreže. ” Ob tem se je verjetno vredno čuditi evoluciji, ki je ustvarila pajka in njegovo mrežo – močno in prožno. To je tako uspešen material, da ga ljudje že začenjajo uporabljati, pa ne le v transplantacijski medicini – iz njega izdelujejo celo športne copate. Podjetja, ki proizvajajo na tone spleta (natančneje, beljakovin, ki tvorijo njegovo sestavo), rastejo kot gobe po dežju.

Najbolj vzdržljivi med elastičnimi

Vlakna pajkove mreže odlikujejo izjemne mehanofizične lastnosti. Zaradi svoje natezne trdnosti in elastičnosti lahko absorbirajo veliko energije, ne da bi se zlomile. Če vzamemo vzorce beljakovine pajkove mreže in sintetičnega aramida – kevlarskih vlaken – enake mase, se izkaže, da lahko kevlar pred uničenjem absorbira trikrat manj energije. Glavni aminokislinski ostanki v fibrilarnem proteinu pajkove svile so glicin, alanin in serin. Trdnost in elastičnost mikrometrskih okvirnih niti mreže (to je radialnih, v nasprotju z manj močnimi spiralnimi) pojasnjuje dejstvo, da so v njih togi proteinski kristali velikosti nekaj nanometrov, med seboj povezani z elastičnimi peptidnimi vezmi. . Končna natezna trdnost karkasne niti navadnega križa Araneus diadematus - 1,1–2,7 GPa. Za primerjavo: natezna trdnost jekla je 0,4–1,5 GPa, človeškega lasu pa 0,25 GPa. In navadna svila je v tem indikatorju slabša od pajkove svile. Seveda pajkove mreže ne moremo imenovati niti za najmočnejši niti za najbolj elastičen material, vendar so te lastnosti v njej popolnoma uravnotežene.

Še pred 15–20 leti na svetu ni bilo več kot deset raziskovalnih skupin, ki so preučevale lastnosti proteinov pajkove mreže in značilnosti njihovega nastajanja. Zdaj je takih ekip že več deset, praktično uporabo spleta v realnem življenju pa približujejo tri uspešno delujoča biotehnološka podjetja. Raziskovalci so že odkrili, kako pajki pletejo mreže, ugotovili posebnosti njihove sestave in te podrobnosti jim omogočajo, da najdejo nove aplikacije za pajkove mreže - od regeneracije živčnega tkiva do metod pakiranja potrošniškega blaga in razvoja novih lepilnih sestavkov. Zdravnikov pajkova svila ne privlači le zaradi idealne kombinacije trdnosti in elastičnosti, temveč tudi zaradi dejstva, da praktično ne povzroča imunskega odziva. Proteini pajkove mreže se uporabljajo tudi v biokemijskih laboratorijih – njihove verige je mogoče modificirati s spojinami z nizko molekulsko maso, kar daje proteinom posebne lastnosti.

Glavna podjetja, ki vodijo razvoj na tem področju in že proizvajajo izdelek, so nemška AM Silk, japonski Spiber in ameriški (Kalifornija) Navoji vijakov. Običajno mine veliko več časa od nastanka novega kemičnega podjetja, ki ustvarja bistveno nove kemične izdelke, do njihovega vstopa na trg in začetka prodaje.

Od kozmetike do kirurgije

Arahnofobom ni treba skrbeti. Podjetja, ki proizvajajo umetne mreže, niso kot farme pajkov; tam sploh ni pajkov ali drugih členonožcev. Namesto tega "mrežno tkanje" izvajajo transgeni organizmi, ki vsebujejo gene, ki nadzorujejo izražanje spletnih proteinov, predvsem bakterij in kvasovk. Čeprav pajkovo mrežo proizvajajo tudi organizmi, od katerih je ne bi pričakovali; na primer, obstaja čreda gensko spremenjenih koz s petdesetimi glavami, ki dajejo mleko z beljakovinami pajkove svile. Iz enega litra mleka takšne koze lahko izoliramo do 4 grame teh beljakovin; vendar so se bakterije in glive izkazale za bolj učinkovite »erzatz pajke«.

Na primer podjetje AM Silk uporablja gensko spremenjene različice E. coli. Bakterije se gojijo v velikih fermentacijskih sodih, nato se celice razgradijo in beljakovine pajkove svile se sprostijo kot bel prah, ki se nato lahko granulira, spremeni v hidrogel ali vlakna – proizvajalci biosintetične pajkove svile prodajajo svoje izdelke v vse tri oblike.

Ena od dejavnosti AM Silk - kozmetika Svilene perle in Silkgel s proteini pajkove svile, ki koži nudijo dihalno zaščito pred bakterijami in škodljivimi snovmi v okolju. Biosintetična pajkova svila se pogosto oglašuje kot "veganska svila" - zlasti za tiste, ki menijo, da je nesprejemljivo ubijanje mladičev gosenic sviloprejk (očitno dejstvo, da je za pridobivanje biosintetične pajkove svile potrebno ubiti E. coli, veganov ne razžalosti).

Za kozmetologe je biosintetična mreža dobra, ker njene beljakovine ne povzročajo imunskega odziva in bakterije na njihovi površini ne rastejo in se ne razmnožujejo. Te lastnosti so še kako pomembne za biomedicino, določajo pa jih primarna struktura beljakovin. Vlakna pajkove svile so sestavljena iz proteinov spidroina, ki vsebujejo ponavljajoče se peptidne sekvence, obdane z neponavljajočimi se posameznimi domenami, od katerih je več kot polovica aminokislinskih ostankov glicin. Morda je zaradi visoke vsebnosti ostankov glicina v zunanjih domenah spidroinov (preostali aminokislinski ostanki se nahajajo znotraj strukture proteinov pajkove mreže) pajkova svila biokompatibilna. Dejstvo je, da je glicin najmanjša aminokislina, njegova stranska skupina, ki ni vključena v tvorbo beljakovinske verige, je sestavljena iz enega atoma vodika, kar zmanjšuje verjetnost, da bi ostanki glicina sodelovali v kemičnih reakcijah in medmolekularnih interakcijah. Zato se celice ne morejo vezati na spidroine, zato se biotehnološka pajkova svila nanese na površino medicinskih pripomočkov, da jim spidroini zagotovijo biološko zaščito.

Raziskovalci iz AM Silk poročajo o poskusih, v katerih so proteine ​​pajkove svile nanesli na katetre iz poliuretana, polistirena, polietilena ter kovine in keramike za vsadke. Izkazalo se je, da taka prevleka zagotavlja dobro antibakterijsko zaščito in zmanjšuje tveganje za zaplete pri uporabi polisiloksanskih (silikonskih) vsadkov (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprosthetic Fibrous Capsule Formation // Napredni funkcionalni materiali, 2014, 24, 2658–2666; doi: 10.1002/adfm.201302813). Bakterijski biofilmi slabše rastejo na biotehnoloških mrežah kot na teflonu in jeklu.

Gojenje bioloških tkiv

Imenik japonskega podjetja Spiber- švedski Spiber Technologies Na trgu še nima izdelkov, je še v fazi razvoja in proizvaja le beljakovine v gramskih količinah. Biotehnologi tega podjetja so predstavili E. coli le del gena, ki je odgovoren za proizvodnjo spidroinov, tako da bakterije proizvajajo beljakovine približno ene desetine velikosti naravnih beljakovin pajkove svile. Ti proteini bodo uporabljeni za izdelavo mrežastih ali poroznih ogrodij za ciljno rast izvornih celic, rekonstrukcijo kostnega tkiva in celjenje ran. Celice sesalcev so že uspešno gojili v takšnih matricah. Pred kratkim so švedski raziskovalci spremenili svoj svileni oder z vezavnim motivom, značilnim za glikoprotein fibronektin, in ugotovili, da se kožne celice učinkoviteje vežejo na to spremenjeno predlogo (Widhe M. et al. Fibronektinski mimetični motiv izboljša povezovanje celic, ki jih posreduje integrin, na rekombinantno pajkovo svilo matrike // Biomateriali, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

Celice se običajno gojijo na ravni površini, vendar gojenje večine organov in tkiv zahteva tridimenzionalne ogrodje. Tridimenzionalni porozni sistemi okrnjenih spidroinov z vgrajenimi aktivatorji celične rasti posnemajo tkivni matriks in celice »prevarajo« ter jih prisilijo k rasti v želeni smeri.

Na primer, raziskovalci se učijo gojiti majhne dele tkiva trebušne slinavke na ta način, potrebne za zdravljenje sladkorne bolezni. Matrice Spider Silk in vitro lahko vzdržuje stabilnost človeških celičnih kolonij trebušne slinavke tri mesece (Johansson U. et al. Preživetje in presaditev otočkov pankreasa spodbuja kultura na funkcionaliziranih matricah pajkove svile // PLoS One, 2015, 10, e0130169; doi: 10.1371/journal.pone.0130169). Tridimenzionalni matriks ni le zagotavljal sposobnost preživetja celic, temveč tudi, da so se na stimulacijo z glukozo odzvale s proizvodnjo inzulina. Sčasoma se je tkivo povečalo v volumnu in v njem se je oblikovalo več žil (Shalaly N. D. et al. Svilene matrike spodbujajo nastanek otočkom podobnih grozdov, ki izločajo insulin // Biomateriali, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006), kar poveča možnosti za uspešno presaditev.

Delo v sodelovanju z Spiber Laboratorij Anne Riesing na švedski univerzi Royal Karolinska uporablja model ex vivo preučiti značilnosti regeneracije tkiva hrbtenjače v prisotnosti pajkove svile. Študije so pokazale, da je periferno živčno tkivo ovc uspešno raslo na vodilih iz pajkove svile (Widhe M. et al. Vabljeni pregled trenutnega napredka in omejitev pajkove svile za biomedicinske aplikacije // Biopolimeri, 2012, 97, 6, 468–478, doi: 10.1002/bip.21715; Rising A. Nadzorovano sestavljanje: predpogoj za uporabo rekombinantne pajkove svile v regenerativni medicini? // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

Posnemanje narave

Pajek prede svojo mrežo s pomočjo posebnih arahnoidnih žlez - niti so oblikovane iz visoko koncentrirane beljakovinske raztopine, iz te raztopine lahko samica pajka prede do sedem vrst vlaken. Pred kratkim je laboratorij Rising izdelal rekombinantne proteine ​​pajkove svile, ki nimajo samo ponavljajočih se sekvenc, podobnih naravnim proteinom, temveč tudi N- in C-konce, značilne za pajkov spidroin (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Spiders // Mednarodni časopis za molekularne znanosti, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290 ). Trenutno N- in C-konci večine biotehnoloških spidroinov niso enaki tistim pri naravnih, vendar številni znanstveniki, na primer Thomas Scheibel z Univerze v Bayreuthu, menijo, da je to začetek in konec verige, ki so kritične za tvorbo močnih vlaken iz vodne raztopine (Schacht K. et al. Biofabrication of cell-loaded 3D spider silk constructs // Angewandte Chemie Int. Ed., 2015, 54, 2816–2820; doi: 10.1002/anie.201409846 ).

Trenutno večina laboratorijskih metod za pretvorbo beljakovin pajkove svile v vlakna temelji na uporabi heksafluoroizopropanola, strupenega topila, ki ni samo nevarno, ampak lahko tudi počasi uniči beljakovine in ima visoke stroške. Vse to izključuje možnost njegove industrijske uporabe. Pred kratkim je bila objavljena metoda, ki omogoča, da se spidroini raztopijo v čisti vodi in iz njih pridobijo vlakna (Jones J. A. et al. More Than Just Fibers: An Aqueous Method for the Production of Innovative Recombinant Spider Silk Protein Materials // Biomakromolekule, 2015, 16, 1418–1425; doi: 10.1021/acs.biomac.5b00226). Raztopino za predenje vlaken lahko pripravite z uporabo mikrovalovna pečica, se domneva, da je raztapljanje zagotovljeno z učinki temperature in tlaka. Podjetja, ki razvijajo metode za predenje vlaken iz pajkove svile, prihajajo z lastnimi pristopi, ki niso objavljeni v javnem tisku, ampak tudi raje vlečejo umetne pajkove mreže iz vodne raztopine, kar zmanjša uporabo dragih in nevarnih topil.

Laboratorijski protokol za predelavo biotehnološke pajkove svile vključuje postopek sedimentacije in soljenja beljakovin, ki jih denaturira. Oborjen in denaturiran protein se nato oblikuje v vlaknasto strukturo iz suspenzije v vodno-alkoholni raztopini. Posamezna vlakna lahko spredemo v niti, ki vsebujejo od osem do štiriindvajset pramenov, in take niti so že primerne za praktično uporabo. Vendar podjetjem ni nujno, da pletejo mreže – lažje je uporabiti biotehnološke spidroine v obliki prahu ali hidrogela za premaz. Ocenjuje se, da je kilogram pajkovih proteinov dovolj za zagotavljanje antibakterijskih in antikoagulantnih oblog za več milijonov (od enega do deset – odvisno od velikosti) katetrov. Upamo, da bo do konca leta 2017 taka medicinska oprema testirana na živalih v naslednjih 5 letih, nekateri njeni vzorci bodo certificirani s strani ameriške agencije za hrano in zdravila (FDA) in se bodo začeli uporabljati v klinični praksi; praksa.

Spiderman kostum

Umetni spidroini se ne uporabljajo le v biomedicini. Omenjeno je bilo že, da je natezna trdnost pajkove svile višja od natezne trdnosti kevlarja, vendar, žal, sposobnost elastične deformacije kot odziv na mehanske obremenitve nam ne omogoča, da bi čisti spidroin obravnavali kot material za "naravni" neprebojni jopič . Neprebojni jopič iz pajkove svile bo ujel in ustavil, vendar bo do takrat najverjetneje prišel iz telesa ali pa se bo skupaj z »oklepom« zataknil v notranje organe. Prednost aramidnih vlaken, iz katerih je izdelan Kevlar, je, da se ne deformirajo. Kljub temu so kompoziti spidroina z aramidi ali ogljikovimi vlakni zelo primerni za izdelavo fleksibilnih in vzdržljivih strukturnih elementov avtomobilov ali brezpilotnih letal. Obstajajo sestavki rekombinirane pajkove svile s keramičnimi nanodelci, ki lahko blokirajo pline in vodno paro, zaradi česar so idealni materiali za pakiranje živil (Doblhofer E. Structural Insights into Water-Based Spider Silk Protein – Nanoclay Composites with Excellent Gas and Water Vapor Barrier Properties // Uporabni materiali in vmesniki ACS, 2016, 8, 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287 ). Pri njihovi izdelavi se ne uporabljajo strupene snovi, beljakovine so raztopljene v vodi, sam kompozit pa je prozoren in biorazgradljiv.

Druga pomembna prednost pajkove svile je, da se ne topi. Zato so tekstilije iz pajkove niti, naravne ali biotehnološko pridobljene, zanimive za ustvarjalce vojaške opreme. Ko so izpostavljeni visokim temperaturam, kot so strelni udari in žive granate, se lahko najlonski trakovi sodobnih vojaških čelad in drugih oblačil stopijo ali celo prilepijo na kožo, kar povzroči resne opekline. Vlakna in tekstil iz umetnih pajkovih mrež preprosto zoglenijo, kar zmanjša tveganje dodatne temperaturne izpostavljenosti kože - to je tisto, kar zanima vojsko, ki je pripravljena plačati več za zagotovitev varnosti osebja. Zaenkrat so stroški biosintetičnega spleta visoki in med oblačili v cenovno ugodni kategoriji je malo verjetno, da bo v bližnji prihodnosti mogoče najti izdelek z oznako "pajkova svila"(izdelki z AliExpress ne šteje, proizvajalci lahko o njih pišejo kar hočejo). Kljub temu sta dve podjetji vseeno tvegali in na trg dali oblačila iz biotehnološkega spidroina.

Tako je septembra 2015 podjetje za proizvodnjo športnih oblačil za aktivno rekreacijo Severna stena začela oglaševati in testirati nevihtni jopič iz rekombinirane pajčje svile. Prvi vzorci naj bi bili izdani letos, 2017. Izdelane bodo iz pajkove svile japonskega podjetja Spiber. Predstavniki podjetja trdijo, da jim je uspelo znižati stroške proizvodnje spidroinskih vlaken na sto dolarjev na kilogram. Da pa tkanine iz sintetične tkanine ne bodo več del elite, morajo biti stroški proizvodnje preje vsaj enaki stroškom naravne sviloprejke (30–70 dolarjev na kilogram, odvisno od kakovosti). Podjetje Spiber upa, da je ta cilj povsem dosegljiv; tako menijo tudi njegovi konkurenti, ki razvijajo vse cenejše tehnologije.

Torej, že omenjeno nemško podjetje AM Silk uporablja biosintetične beljakovine pajkove svile za izdelavo vlaken pod trgovskim imenom Biojeklo("Biojeklo"). Upravljanje AM Silk Prepričani smo, da se bo to vlakno uporabljalo za izdelavo čevljev in oblačil ter tekstila za avtomobilske in letalske sedeže. Leta 2014 je Adidas predstavil linijo športnih copat za trening, ki so skoraj v celoti (razen podplata) narejeni iz vlaken. Biojeklo.

Tako je lepljiva gozdna mreža prišla daleč in zdaj iz nje pletejo močna omrežja nova kemična podjetja, ki so uspela vzpostaviti proizvodnjo znanega naravnega materiala in mu našla številne načine uporabe. Morda se bo čez deset let proizvodnja biosintetične mreže tako razvila, da bomo svetovalce v trgovini z oblačili vprašali, iz kakšne naravne svile je ta bluza - iz sviloprejk ali pajkov. Seveda bodo svileni spidroini še naprej vpletali svoje mreže v kirurgijo, regenerativno medicino, pa tudi na nova področja, ki se jih še ne zavedamo. Poglejte, pojavila se bo naprava, ki lahko izstreli nit biosintetične mreže, da pleza po stenah ali imobilizira slabovoljce - in kar je najpomembneje, to bo mogoče storiti, ne da bi čakali na ugriz radioaktivnega mutantnega pajka.

Sanjajmo o breztežnosti pletena bluza, trpežna kot neprebojni jopič. Kaj misliš, iz katerih vlaken je to mogoče narediti? Nikoli ne boste uganili! Ta bluza bo pletena iz ustvarjene preje iz spleta!

Pajki pletejo mreže za lovljenje mrež in prijetnih brlogov. Mladi pajki se odpravijo na pustolovščine v pajčevino v daljne kraje. In ljudje se že stoletja trudijo naučiti, kako uporabljati splet za svoje potrebe.

Stari Kitajci so ustvarili svilo iz pajkove mreže, sončni kralj je imel nogavice in rokavice pletene iz pajkove svile, francoski naravoslovec d'Orbigny je nosil hlače iz pajkove mreže.

Mreža je močnejša od jekla, lahka in elastična, sestavljena iz beljakovinskih molekul. Mreža se lahko raztegne do 40 % svoje dolžine, ne da bi se zlomila, in je tako lahka, da je pol kilograma mreže več kot dovolj, da se ovije okoli Zemlje.

Dokazano je, da imajo pajkove mreže tudi antiseptične lastnosti in spodbujajo celjenje ran. Veliki pajki iz rodu Nephila so znani po tem, da pletejo ogromne mreže s premerom do 8 metrov, ki jih ribiči polinezijskih otokov uporabljajo za lovljenje rib. Na fotografijah lahko vidite te pajke in njihove mreže.

Zakaj torej preja s tako neverjetnimi lastnostmi ni napolnila trgovinskih polic? Zaradi njihove plenilske narave je pajke zelo težko razmnoževati v ujetništvu, če boste ustanovili farmo pajkov, se bodo morda čez nekaj časa vaši ljubljenčki preprosto pojedli. Vendar kljub težavam obstajajo pogumneži, ki ustvarjajo farme pajkov, japonski znanstveniki pa obljubljajo, da bodo kmalu izdali izdelke iz pajkovih mrež.

In kljub vsem težavam in stroškom dela obstajajo že pripravljene stvari iz pajkove svile. Poglejte plašč, ki sta ga na razstavi v Londonu predstavila Simon Pearce in Nicholas Goodley.

Trenutno je to največji izdelek iz pajkove svile na svetu, mojstri pa so na njegovem ustvarjanju delali več kot štiri leta. To je zahtevalo zbiranje mreže več kot milijona pajkov.