Siden från ett spindelnät. Kroppsskydd gjord av spindelnät. Klänning och duk av spindelnät

Amerikanska militärer och poliser bär tunga, stela kroppsrustningar i skyddssyfte, vilket kan ge en tillräcklig skyddsnivå. Madagaskars spindelsilke är dock 10 gånger starkare än Kevlar, materialet som används i de flesta kroppsrustningar.

Om det var möjligt att uppfinna en metod för att tillverka spindelsilke i industriell skala, skulle kroppsrustning tillverkas av ett lätt, kraftigt material som på ett tillförlitligt sätt kunde skydda kroppen från kulor och splitter.

Efter att flera decennier har gått sedan de första experimenten på detta område utfördes, har forskare äntligen en verklig möjlighet att hitta ett sätt att göra skyddande kroppsskydd av spindelsilke.

Förutom att det är en väldigt innovativ idé innebär det också att soldater och poliser kommer att utrustas med ultralätta, flexibla och extremt tåliga kroppsrustningar som effektivt tål att kulor kommer in i kroppen. Nu bär amerikanska soldater tung, skrymmande skyddsutrustning som begränsar rörelsen. Vanligtvis är dessa extremt tunga västar med minst två keramiska plattor utformade för att skydda den övre delen av soldatens kropp från granatfragment och kulor.

Funktionsprincipen för solid rustning är att den motverkande kraften på dess yta är likvärdig med en kulas slagkraft. Men ju mer skydd rustningen ger, desto tyngre och mer obekväm blir västen. Den lättaste kroppsrustningen kan bara skydda mot en projektil med liten kaliber, vars slagkraft är relativt låg. Skyddsnivån för solid rustning kan ökas genom att lägga till ytterligare skyddsplåtar.

Även om personlig skyddsutrustning är viktig, är det vanligt i polismanualer att påpeka att en officer utan kroppsskydd löper 14 gånger större risk att dödas av skottlossning. Poliser måste välja mellan manövrerbarhet, rörelsefrihet och möjligheten att bli träffad av en kula.

Soldater i krigszoner bär kroppsrustningar varje dag, medan poliser i mindre riskfyllda situationer ofta föredrar bekvämligheten och lättheten hos medelstora rustningar. En kula, som kolliderar med ytan på en skottsäker väst, lämnar en så kallad transobstruktiv skada på kroppen, och fördelar slagkraften över kroppens alla plan, vilket resulterar i att den inte fokuseras på en punkt. Mjuk tygrustning saktar ner flygningen av en kula eller splitter på grund av närvaron av flera lager eller sammanvävda fibrer som fungerar på samma sätt som ett fiskenät eller spindelnät.

Lättviktig flexibel rustning med en hög skyddsnivå, inneboende i kroppsrustningen hos specialstyrkor, var bara en dröm tills nyligen.

DuPonts Kevlar mjuka rustningstyg sägs vara fem gånger starkare än stål och används flitigt av poliser. Styrkan hos spindelsilke är dock fortfarande överlägsen dess artificiella motsvarigheter, och i flera decennier har forskare försökt skapa rustningar i stil med Spider-Man.

Sväng för tur försöker forskare sätta ihop ett spindelnät, som är lättare i vikt och samtidigt tre gånger mer elastiskt än kevlar, men också fem gånger starkare än industristål. Trots sin storlek och vikt har spindelsilke den naturliga förmågan att motstå kraftfulla slagkrafter.

Förra året genomförde en grupp tyska forskare från Heidelberg Institute for Theoretical Sciences forskning för att fastställa komponenterna i mekanismen som gör spindelsilke så starkt. Det finns två viktiga steg i produktionen av spindelsilke: en mjuk, trögflytande gel som först finns i spindelns buk och sedan omvandlas till en mycket stark tråd när gelen lämnar spindelns kropp. Resultaten av studien, publicerade i Biophysical Journal, tyder på att komponenterna som ger silket dess elasticitet också bidrar till att göra tråden extremt stark. Och även om det vid första anblicken inte verkar vara en genomförbar uppgift att använda egenskaperna hos spindelsilke för sina egna syften, är det omhuldade målet fortfarande mycket långt borta, och vägen till det kommer inte utan allvarliga svårigheter.

Bland utmaningarna som forskare står inför är behovet av att bestämma genomet för det ideala spindelsilket, samt att hitta en metod som skulle möjliggöra syntesen av proteinelementet som producerar silke, och även att bestämma en metod för att producera ett sådant proteinelement i erforderliga mängder.

Under ganska lång tid var ämnet för forskning en representant för de farligaste spindeldjuren - den svarta änkan, vars nät är utgångsmaterialet för rustning, vars styrka är högre än kevlar och stål.

Men när de odlade spindlar, stötte forskare på ett problem: spindlarna kunde inte komma överens med varandra och kämpade ständigt och producerade inte tillräckligt med material. År 2007 tillkännagav forskare från University of California att de hade löst mysteriet med genomet av svart änkans silke och vidare hade för avsikt att introducera artificiellt skapade gener i tomatplantor, vilket enligt deras åsikt kan leda till att tomater producerar spindelsilke.

Tomatplantor, spannmål, bakterier, jäst och till och med getter har alla använts, tillsammans med tekniska medel, någon gång i ett försök att omvandla spindelgel till fasta filament.

Silkesmaskar producerar fint silke, men de har en enorm naturlig potential att producera upp till en kilometer silke på några dagar. 1999 rapporterade Thailands Rajamangala Institute of Technology att en skottsäker väst hade skapats som använde vanligt spindelnät, vilket inte krävde mycket produktion. I tester kunde 16 lager silke stoppa en 9 mm kula, och västar gjorda av detta material gav framgångsrikt skydd mot skott från 0,22-kalibervapen.

Författarna till en ny prestation på detta område är representanter för University of Wyoming, resultaten av deras forskning dök upp på sidorna i Proceedings of the National Academy of Sciences. Enligt publicerad information har forskare lyckats genetiskt modifiera silkesmaskar för att utveckla en blandning av mask- och spindelsilke som är lika stark som spindelsilke.

Man tror att den heliga gralen av kroppsrustning gjord av spindelsilke kommer att hittas när hemligheten bakom genomet hos Madagaskarspindeln, vars nät tros vara 10 gånger starkare än Kevlar, avslöjas, en sådan upptäckt skulle möjliggöra konstruktionen av fabriker för tillverkning av siden. Madagaskars spindelsilke anses vara det starkaste materialet som finns på planeten, det är 100 gånger starkare än något annat siden.

Denna spindel upptäcktes på Madagaskar förra året, dess nät kan vara upp till 25 meter i omkrets, materialet är extremt elastiskt och har tre gånger förmågan att motstå kraften från en kula än Kevlar.

Fallskärmar, luftkuddar, sportkläder, fiskenät - listan över potentiella applikationer för spindelsilke fortsätter.

Forskning bedrivs för närvarande om dess användning i medicinska tillämpningar - i kirurgiska suturer, hållbara konstgjorda senor och ligament, och som en ytterligare förening för reparation av nervvävnad, som använder silkes elasticitet.

För att sammanfatta all för närvarande känd information om Madagaskars spindelsilke kan vi säga att användningen av sådant material i poliskroppsrustning kommer att bli en revolution inom utrustningsområdet för brottsbekämpande tjänstemän.

Kineserna var de första som började experimentera med att tillverka tyg från spindelnät. Och de lyckades med detta. De kallade sitt exceptionellt slitstarka och slitstarka tyg tillverkat av spindelnät för tong-hai-tuan-tse, som är mer känt för oss som "östra havet satin."

Men oavsett kineserna kom en så ljus idé som att göra tyg av spindelnät i européernas huvuden.

Historiska uppgifter har bevarats att i mars 1665 var ängar och staket nära den sachsiska staden Merseburg täckta med en stor variation av nät av okända spindlar, och av dem gjorde sig kvinnorna i de omgivande byarna band och olika dekorationer. Lite senare lärde sig folk att väva tyg från spindelnät - otroligt tunt och väldigt dyrt. Endast för VIPs. En dag överlämnade parlamentet i staden Montpellier kungen av Frankrike, Ludvig XIV, de finaste strumpor och handskar vävda av franska spindlars silkeslena trådar.

Samma utsökta gåva tilldelades trendsättaren i Frankrike på den tiden, Josephine Beauharnais själv, Napoleons älskade.

Kanske, i målningen av Guillaume Lethierre, krossar den kungliga Josephine handskar gjorda av spindelsilke i sin hand?

Nästan ett sekel senare hade den berömda franska naturforskaren Orbigny pantaloons gjorda av nätet av brasilianska spindlar. Han bar dem länge, men de blev inte utslitna. Orbigny bar dem på ett möte i den franska vetenskapsakademin. Men den franska akademin blev inte förvånad över byxor gjorda av spindelnät: den hade redan sett sådana underverk och diskuterade till och med frågan om spindelnät skulle rekommenderas till vävindustrin som garn för sidentyger.

Akademien valde en kommission, som hade till uppgift att i detalj studera verkligheten och lönsamheten för spindelseriodling och silkesmaskning. Reaumur, medlem i denna kommission, fann att nätet var ett mycket lämpligt råmaterial för industriell produktion, men beslutade att lokala, franska, spindlar inte vävde trådar av den längd som krävs. Han beräknade (mycket noggrant) att det skulle vara nödvändigt att bearbeta 522-663 spindlar för att få ett pund spindelsilke. Och industriproduktion kommer att kräva horder av spindlar och moln av flugor för att mata dem – mer än att flyga över hela Frankrike. "Men", skrev Reaumur, "kanske kommer det med tiden att vara möjligt att hitta spindlar som producerar mer silke än de som vanligtvis finns i vår stat."

Sådana spindlar hittades snart faktiskt i Madagaskars urskogar. Resenärer sa att en spindel lätt drar ut tre eller fyra kilometer av de finaste trådarna på en månad. Tråden är så tunn att den är praktiskt taget osynlig, men otroligt stark - en pith-hjälm kommer att hänga på den och den kommer inte att gå sönder; fåglarna trasslar in sig i det och dör, utan att kunna bryta den tunna tråden!

Dessa fantastiska spindlar kallades nefiler. Naturen snålade inte med vare sig färgerna eller de talanger som vävarna behövde och gav dem generöst nefilerna. Den gyllene reflektionen av trådarna gav dessa spindlar ett annat inofficiellt namn - gyllene spindlar.

Redan idag har styrkan hos nefilväven testats experimentellt. En tråd som är en tiondels millimeter tjock tål 80 gram (en silkesmasktråd rymmer bara 4-15 gram). Den är så elastisk att den sträcker sig nästan en fjärdedel av sin längd och inte går sönder. Tyg tillverkat av guldfärgad nephila-väv är förvånansvärt luftigt och lätt; med samma styrka är den mycket tunnare än silkestråd, och med samma tjocklek är den mycket starkare. Nätet för garn samlas upp från nefilernas nät eller så lindas deras äggkokonger upp. Men det är bättre att dra den direkt från spindeln, som är planterad i en låda - bara spetsen av buken med spindelvårtor sticker ut ur den. Elastiska trådar dras ut ur vårtor på samma sätt som en kokong lindas av. På så sätt kan man få cirka fyra tusen (4000!) meter sidentråd från en spindel på en månad. Som jämförelse kan en tråd som rivas upp från en silkesmaskkokong vara från trehundra till femhundra meter lång, beroende på ras.

Den mest uppfinningsrika experimenteraren visade sig vara en viss abbot Cambouet. Genom att utforska silkesmaskens egenskaper hos Galabaspindeln från Madagaskar, lyckades den här uppfinningsrika mannen förbättra sitt arbete så mycket att han "kopplade" levande spindlar i små lådor direkt till en speciell typ av vävstol. Maskinen drog trådar från spindlarna och vävde genast det finaste siden av dem.

Om du samlar en stor mängd av detta spindel "guld" och gör sidentrådar av det, kan du väva ett unikt tyg av naturlig gyllene färg. Och det är precis vad formgivarna Simon Peers och Nicholas Godley har gjort de senaste tre åren.

Deras studio ligger i Antananarivo, Madagaskars huvudstad. Med hjälp av ett 80-tal lokala hantverkare vävde och sydde de en fashionabel capeklänning av "gyllene" spindelsilke, som för närvarande är den största produkten tillverkad av detta unika naturmaterial. Det tog initiativgruppen tre år (enligt vissa källor fem år), hundratusentals klotvävande spindlar och många meter ovärderlig nät för att genomföra sitt kreativa projekt. Resultatet överträffade alla förväntningar.

Jag kommer att notera i förväg att ingen torterade eller plågade spindlarna, de samlades in av specialutbildade människor och placerades under förhållanden nära naturliga. Eftersom en spindel bara kan producera en begränsad mängd gyllene nät per säsong, släpptes de ut i naturen så snart säsongen tog slut och fick ett nytt parti gyllene nät. Förresten, kvinnliga guldmaskar är extremt aggressiva unga damer, även om de inte är giftiga. De kan attackera varandra, eller till och med äta sin egen sort, så då och då saknade de assisterande designers som ansvarade för att hålla guldbärande insekter, men sådant är naturligt urval, oförutsägbart och grymt.

Efter att ha samlat in den erforderliga mängden guldgarn, snoddes det till trådar, enligt en specialutvecklad teknik, och sedan vävdes tyget, också i enlighet med rekommendationerna som bevarades från 1800-talet, då spindelsilke användes för att väva kläder för medlemmar av kungafamiljerna och härskarna i Madagaskarprovinserna.

Tack vare den tunnaste och lättaste sidentråden skapad av spindlar vägde duken drygt ett kilogram. Tyget broderades med ett symboliskt spindeltema, och den färdiga cape-klänningen gjord av detta dyrbara tyg kan ses på Victoria and Albert Museum i London. Trots att en kvadratmeter tyg tillverkat av spindel "guld" uppskattas till 500 tusen dollar, kan den unika outfiten inte säljas.

Vill du veta vilket tyg som är det dyraste i världen och kostar cirka 1 miljon dollar per 2 kvadratmeter? m? Detta är ett material med fantastisk skönhet och oöverträffade kvalitetsegenskaper. Elit, superdyrt, superhållbart och helt enkelt fantastiskt estetiskt - det här är det, det dyraste sidenet i världen, skapat... av spindlar.

Från historien om skapandet av spindelsilke

Redan på 1700-talet testade européer metoden att väva tyg från spindelnät. Korsspindeln föreslogs som producent av sådan tråd. För att få fram drygt 400 gram garn behövde cirka sjuhundra spindlar förstöras.

Människans försök att flyga till varje pris förde den vetenskapliga världen tillbaka till frågan om att producera hållbart spindeltyg i början av 1800-talet. Sedan, för att göra en ballong, gjordes ett försök att få fram spindelsilke från den stora Madagaskarspindeln. Exakt information om resultatet av detta experiment har inte bevarats, men det faktum att det var mycket dyrt både vad gäller mänskliga och naturresurser stod klart för alla.

De odlade inte upp spindlar i syfte att producera det dyraste lyxtyget. Det visade sig att dessa leddjur inte slår rot i många naturliga förhållanden på grund av inkonsekvenser i fuktighet, temperatur och säsongsbetonad cyklicitet.

Klänning och duk av spindelnät

2005 stängde Nicholas Goodley och Simon Pearce, som gjorde affärer på Madagaskar, sin fabrik för tillverkning av palmfiberpåsar och började tillverka silke av trådarna från klotvävande spindlar.

Det första verkligt verkliga konstverket var en gyllene bordsduk gjord av spindelsilke, dekorerad med lokala nationella ornament. Det är värt att notera att en sådan lyxig nyans av tyget gav den naturliga färgen på nätet av denna typ av spindel.

Nätet av en miljon spindlar användes för att skapa en unik duk som mätte 3,4 x 1,2 m. Intressant fakta: 15 000 spindlar kan bara producera 30 g spindeltrådar. Och spindelsilketyget från Pierce och Goodley väger 1180 g. Och det mest ovanliga och dyraste tyget i världen med fantastisk gyllene färg kostade affärsmännen en halv miljon dollar och fem år av livet.

Men idag finns det redan två sådana mästerverk i världen. Den andra var en unik capeklänning som först presenterades för allmänheten på British Victoria and Albert Museum 2012. Den användes bara en gång - för en fotografering. Produktionen av en sådan elit och förtjusande outfit tog fyra år och trådarna från miljontals orb-vävande spindlar.

Superstarkt spindelsilke - ett modernt tillvägagångssätt

Efter att ha avslöjat hemligheten bakom detta fenomen har forskare idag fått svar på huvudfrågan - är det möjligt att göra spindelsilke syntetiskt. Och vi är redo att använda denna upptäckt inom olika verksamhetsområden.

Kläder i spindelsilke - nya 2016

För inte så länge sedan presenterade Spiber-företaget (Japan) tillsammans med en av de ledande sportkläderstillverkarna en jacka gjord av tyg som är en syntetisk analog av spindelsilke.

Detta är det första exemplet på kläder gjorda av artificiellt protein. Starten av försäljningen av Moon Parka tillkännages i slutet av 2016. Frågan om åtminstone den ungefärliga kostnaden för en sådan produkt förblir öppen. Men alla förstår att endast mycket rika köpare kommer att ha råd (till en början, utan tvekan).

Spindelsilke är väldigt dyrt, originellt och otroligt vackert. Men tills produktionen av spindelsilke når industriell skala, köp föremål gjorda av naturligt silke som inte är mindre respektabla och förtjusande i alla avseenden!

Jag önskar bara
mitt lilla bidrag att göra,
I ett kort liv väv
Åtminstone en tråd silke...
Fleur

Dessa höstdagar, när vi jagar en slarvig svamp i skogen, kan vi mycket väl hamna i spindelns fångstnät. Naturligtvis kommer dessa nät inte att hålla oss, vi kommer att förstöra den genombrutna vävningen - frukten av spindeldjurens arbete och, skaka av spindelväven från våra ansikten, händer eller kläder, kommer vi missnöjt att säga något i stil med: "De hängde nät här. ” Samtidigt är det nog värt att förundras över evolutionen som skapade spindeln och dess nät – stark och elastisk. Detta är ett så framgångsrikt material att folk redan börjar använda det, och inte bara inom transplantationsmedicin - de gör till och med sportskor av det. Företag som producerar massor av nät (mer exakt, proteinerna som utgör dess sammansättning) växer som svampar.

Den mest hållbara bland de elastiska

Spindelvävsfibrer kännetecknas av exceptionella mekanofysiska egenskaper. På grund av sin draghållfasthet och elasticitet kan de absorbera mycket energi utan att gå sönder. Om vi ​​tar prover av samma massa av spindelnätsprotein och syntetisk aramid – Kevlarfibrer, visar det sig att Kevlar kan absorbera tre gånger mindre energi innan de förstörs. De huvudsakliga aminosyraresterna i det fibrillära proteinet hos spindelsilke är glycin, alanin och serin. Styrkan och elasticiteten hos mikrometerstora ramtrådar på banan (det vill säga radiella, i motsats till mindre starka spiraler) förklaras av det faktum att inuti dem finns stela proteinkristaller flera nanometer stora, sammankopplade med elastiska peptidbindningar . Den ultimata draghållfastheten hos en stomgänga av ett vanligt kors Araneus diadematus - 1,1–2,7 GPa. Som jämförelse: draghållfastheten för stål är 0,4–1,5 GPa och den för människohår är 0,25 GPa. Och vanligt siden är sämre än spindelsilke i denna indikator. Naturligtvis kan spindelnät inte kallas varken det starkaste eller det mest elastiska materialet, men dessa egenskaper är perfekt balanserade i det.

För bara 15–20 år sedan fanns det inte mer än tio forskargrupper i världen som studerade spindelnätsproteiners egenskaper och egenskaperna hos deras bildande. Nu finns det redan flera dussin sådana team, och den praktiska tillämpningen av webben i verkligheten förs närmare av tre framgångsrikt verksamma bioteknikföretag. Forskare har redan avslöjat hur spindlar spinner nät och fastställt detaljerna i deras sammansättning, och dessa detaljer gör det möjligt för dem att hitta nya tillämpningar för spindelnät - från regenerering av nervvävnad till metoder för förpackning av konsumentvaror och utveckling av nya limkompositioner. Läkare attraheras av spindelsilke inte bara av dess idealiska kombination av styrka och elasticitet, utan också av det faktum att det praktiskt taget inte orsakar ett immunsvar. Spindelnätsproteiner används också i biokemiska laboratorier - deras kedjor kan modifieras med lågmolekylära föreningar, vilket ger proteinerna speciella egenskaper.

De viktigaste företagen som leder utvecklingen inom detta område och som redan producerar produkten är tyska AM Silk, japanska Spiber och amerikansk (Kalifornien) Bultgängor. Vanligtvis går mycket mer tid från uppkomsten av ett nytt kemiföretag som skapar i grunden nya kemiska produkter till deras inträde på marknaden och start av försäljning.

Från kosmetika till kirurgi

Arachnophobes behöver inte oroa sig. Anläggningar för produktion av konstgjorda nät är inte som spindelfarmar, det finns inga spindlar eller andra leddjur där alls. Istället görs "nätvävning" av transgena organismer som innehåller gener som styr uttrycket av nätproteiner, främst bakterier och jäst. Även om spindelnätssilke också produceras av organismer som du inte förväntar dig av; till exempel finns det en flock genetiskt modifierade getter på femtio huvuden som producerar mjölk med spindelsilkeproteiner. Från en liter mjölk från en sådan get kan upp till 4 gram av dessa proteiner isoleras; dock visade sig bakterier och svampar vara mer effektiva "ersatzspindlar".

Till exempel ett företag AM Silk använder genetiskt modifierade versioner E coli. Bakterierna odlas i stora jäsningskärl, sedan bryts cellerna ner och spindelsilkeproteinet frigörs som ett vitt pulver, som sedan kan granuleras, förvandlas till en hydrogel eller till fibrer – tillverkare av biosyntetiskt spindelsilke säljer sina produkter i alla tre formerna.

En av aktiviteterna AM Silk- kosmetiska verktyg Sidenpärlor Och Silkgel med spindelsilkeproteiner som ger huden andningsskydd mot bakterier och skadliga ämnen i miljön. Biosyntetiskt spindelsilke annonseras ofta som "veganskt silke" - särskilt för dem som anser att det är oacceptabelt att döda puppade silkesmasklarver (uppenbarligen det faktum att man måste döda för att få biosyntetiskt spindelsilke E coli, gör inte veganer ledsna).

För kosmetologer är biosyntetisk väv bra eftersom dess proteiner inte orsakar ett immunsvar och bakterier inte växer och förökar sig på deras yta. Dessa egenskaper är ännu viktigare för biomedicin, och de bestäms av proteinernas primära struktur. Spindelsilkefibrer är sammansatta av spidroinproteiner, som innehåller upprepade peptidsekvenser flankerade av icke-repeterande, individuella domäner, vars mer än hälften av aminosyraresterna är glycin. Kanske är det det höga innehållet av glycinrester i de yttre domänerna av spidroiner (de återstående aminosyraresterna finns inuti strukturen hos spindelnätsproteiner) som gör spindelsilke biokompatibelt. Faktum är att glycin är den minsta aminosyran; dess sidogrupp, som inte är involverad i bildandet av proteinkedjan, består av en väteatom, och detta minskar sannolikheten för att glycinrester deltar i kemiska reaktioner och intermolekylära interaktioner. Det är därför cellerna inte kan binda till spindlar, vilket är anledningen till att biotekniskt spindelsilke appliceras på ytan av medicintekniska produkter så att spidroinerna ger dem biologiskt skydd.

Forskare från AM Silk rapportera experiment där spindelsilkeproteiner applicerades på katetrar gjorda av polyuretan, polystyren, polyeten, samt metaller och keramik för implantat. Det visade sig att en sådan beläggning ger ett bra antibakteriellt skydd och minskar risken för komplikationer vid användning av polysiloxan (silikon) implantat (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprothetic Fibrous Capsule Formation // Avancerade funktionella material, 2014, 24, 2658-2666; doi: 10.1002/adfm.201302813 ). Bakteriebiofilmer växer sämre på biotekniska banbeläggningar än på teflon och stål.

Växande biologiska vävnader

Namnge till det japanska företaget Spiber- Svenska Spiber Technologies Den har inga produkter på marknaden ännu, den är fortfarande i utvecklingsstadiet och producerar bara proteiner i grammängder. Bioteknologerna i detta företag introducerade E coli endast en del av genen som ansvarar för produktionen av spindlar, så att bakterierna producerar proteiner som är ungefär en tiondel av storleken på naturliga spindelsilkeproteiner. Dessa proteiner kommer att användas för att göra nät eller porösa byggnadsställningar för riktad tillväxt av stamceller, återuppbyggnad av benvävnad och sårläkning. Däggdjursceller har redan framgångsrikt odlats i sådana matriser. Nyligen modifierade svenska forskare sina sidenställningar med ett bindningsmotiv som är karakteristiskt för glykoproteinet fibronektin, och fann att hudceller binder mer effektivt till denna modifierade mall (Widhe M. et al. Ett fibronektinmimetiskt motiv förbättrar integrinmedierad cellbidning till rekombinant spindelsilke matriser // Biomaterial, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

Celler odlas vanligtvis på en plan yta, men att växa de flesta organ och vävnader kräver tredimensionella byggnadsställningar. Tredimensionella porösa system av trunkerade spidroiner med celltillväxtaktivatorer inbäddade i dem imiterar vävnadsmatrisen och "lurar" celler, vilket tvingar dem att växa i önskad riktning.

Till exempel lär sig forskare att odla små delar av bukspottkörtelvävnaden på detta sätt, som behövs för att behandla diabetes. Spider Silk Matriser in vitro kan bibehålla stabiliteten hos humana pankreascellkolonier i tre månader (Johansson U. et al. Pancreatic Islet Survival and Engraftment Is Promoted by Culture on Functionalized Spider Silk Matrices // PLoS One, 2015, 10, e0130169; doi: 10.1371/journal.pone.0130169). Den tredimensionella matrisen säkerställde inte bara cellernas livsduglighet, utan säkerställde också att de svarade på stimulering med glukos genom att producera insulin. Med tiden ökade vävnaden i volym och fler kärl bildades i den (Shalaly N. D. et al. Silk-matriser främjar bildandet av insulinutsöndrande ö-liknande kluster // Biomaterial, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006), vilket ökar chanserna för framgångsrik transplantation.

Arbetar i samarbete med Spiber Anna Riesings laboratorium vid Kungliga Karolinska universitetet använder modellen ex vivo att studera egenskaperna hos ryggmärgsvävnadsregenerering i närvaro av spindelsilke. Studier har visat att får perifer nervvävnad framgångsrikt växte på spindelsilkeguider (Widhe M. et al. Inbjuden genomgång av nuvarande framsteg och begränsningar av spindelsilke för biomedicinska tillämpningar // Biopolymerer, 2012, 97, 6, 468–478, doi: 10.1002/bip.21715; Rising A. Kontrollerad montering: en förutsättning för användning av rekombinant spindelsilke i regenerativ medicin? // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

Imiterar naturen

Spindeln snurrar sitt nät med hjälp av speciella spindelkörtlar - trådarna är bildade av en högkoncentrerad proteinlösning, från denna lösning kan spindelhonan spinna upp till sju typer av fibrer. Nyligen producerade Rising-laboratoriet rekombinanta spindelsilkeproteiner som inte bara har upprepade sekvenser som liknar naturliga proteiner, utan också N- och C-terminaler som är karakteristiska för spindelspindroin (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Spiders // International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290 ). För närvarande är N- och C-ändarna för de flesta bioteknologiska spidroiner inte desamma som hos naturliga, och ändå tror ett antal forskare, till exempel Thomas Scheibel från University of Bayreuth, att det är början och slutet på kedja som är kritiska för bildandet av starka fibrer från en vattenlösning (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 ).

För närvarande är de flesta laboratoriemetoder för att omvandla spindelsilkeproteiner till fibrer baserade på användningen av hexafluorisopropanol, ett giftigt lösningsmedel som inte bara är farligt, utan också långsamt kan förstöra proteiner och har en hög kostnad. Allt detta utesluter möjligheten till industriell användning. Nyligen publicerades en metod som gör att spidroiner kan lösas upp i rent vatten och erhållas från dem till fiber (Jones J. A. et al. More Than Just Fibres: An Aqueous Method for the Production of Innovative Recombinant Spider Silk Protein Materials // Biomakromolekyler, 2015, 16, 1418–1425; doi: 10.1021/acs.biomac.5b00226). Fiberspinningslösningen kan göras med hjälp av en mikrovågsugn, upplösning antas uppnås genom att applicera temperatur och tryck. Företag som utvecklar metoder för att spinna fibrer från spindelsilke kommer med sina egna tillvägagångssätt, som inte publiceras offentligt, men de föredrar också att rita konstgjorda spindelnät från en vattenlösning, vilket minimerar användningen av dyra och farliga lösningsmedel.

Laboratorieprotokollet för bearbetning av biotekniskt spindelsilke involverar proceduren för sedimentering och utsaltning av proteiner, och de denaturerar. Det utfällda och denaturerade proteinet formas sedan till en fibrös struktur från en suspension i en vattenhaltig-alkohollösning. Individuella fibrer kan spinnas till trådar som innehåller från åtta till tjugofyra trådar, och sådana trådar är redan lämpliga för praktisk användning. Men företag behöver inte nödvändigtvis spinna banor – det är lättare att använda biotekniska spidroiner i pulver- eller hydrogelform för beläggning. Det uppskattas att ett kilo spindelproteiner räcker för att ge antibakteriella och antikoagulerande beläggningar för flera miljoner (från en till tio - beroende på storlek) katetrar. Förhoppningen är att i slutet av 2017 kommer sådan medicinsk utrustning att testas på djur; under de kommande 5 åren kommer några av dess prover att certifieras av US Food and Drug Administration (FDA) och kommer att börja användas i klinisk öva.

Spiderman kostym

Konstgjorda spidroiner används inte bara inom biomedicin. Det har redan nämnts att draghållfastheten hos spindelsilke är högre än hos Kevlar, men tyvärr, förmågan att elastiskt deformeras som svar på mekanisk belastning tillåter oss inte att betrakta ren spidroin som ett material för "naturlig" kroppsrustning . En skottsäker väst gjord av spindelsilke kommer att fånga och stanna, men vid den tiden kommer den med största sannolikhet att komma ut ur kroppen eller fastna i de inre organen tillsammans med "kroppsrustningen". Fördelen med aramidfibrerna som Kevlar är gjord av är just att de inte deformeras. Kompositer av spidroin med aramider eller kolfiber är dock ganska lämpliga för tillverkning av flexibla och hållbara strukturella element i bilar eller obemannade flygfarkoster. Det finns sammansättningar av rekombinerat spindelsilke med keramiska nanopartiklar som kan blockera gaser och vattenånga, vilket gör idealiska material för livsmedelsförpackningar (Doblhofer E. Structural Insights into Water-Based Spider Silk Protein - Nanoclay Composites with Excellent Gas and Water Vapor Barrier Properties // ACS tillämpade material och gränssnitt, 2016, 8, 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287 ). Deras produktion använder inte giftiga ämnen, proteiner löses i vatten, och själva kompositen är transparent och biologiskt nedbrytbar.

En annan viktig fördel med spindelsilke är att det inte smälter. Därför är textilier gjorda av spindeltrådar, naturliga eller biotekniskt erhållna, av intresse för skaparna av arméutrustning. När de utsätts för höga temperaturer, såsom blixtsmäll och levande granater, kan nylonremmarna på moderna soldaters hjälmar och andra klädesplagg smälta eller till och med smälta till huden och orsaka allvarliga brännskador. Fibrer och textilier gjorda av konstgjorda spindelnät är helt enkelt förkolnade, vilket minskar risken för ytterligare temperaturexponering för huden - det är detta som intresserar militären, som är villiga att betala mer för att säkerställa personalens säkerhet. Hittills är kostnaden för biosyntetisk väv hög, och bland kläder i en överkomlig priskategori är det osannolikt att det inom en snar framtid kommer att vara möjligt att hitta något med en tagg "spindelsilke"(produkter med AliExpress räknas inte, tillverkare kan skriva vad de vill om dem). Två företag tog dock fortfarande risken att marknadsföra kläder tillverkade av bioteknisk spidroin.

Således, i september 2015, ett företag som producerar sportkläder för aktiv rekreation Nordansikten började annonsera och testa en stormjacka gjord av rekombinerat spindelsilke. De första proverna lovas att släppas i år, 2017. De ska tillverkas av spindelsilke från ett japanskt företag Spiber. Företagsrepresentanter hävdar att de har lyckats minska kostnaderna för att producera spidroinfibrer till hundra dollar per kilo. Men för att tyger gjorda av syntetisk väv ska sluta vara elitens lott, bör kostnaden för att producera garn vara minst densamma som för naturligt sidenmaskssilke (30–70 USD per kilo, beroende på kvaliteten). Företag Spiber hoppas att detta mål är fullt uppnåeligt, det tror också konkurrenterna och utvecklar allt billigare teknologier.

Så det redan nämnda tyska företaget AM Silk använder biosyntetiska spindelsilkeproteiner för att tillverka fibrer under varumärket Biostål("Biostål"). Förvaltning AM Silk Vi är övertygade om att denna fiber kommer att användas för att tillverka skor och kläder, samt textilier för bil- och flygstolar. 2014 introducerade Adidas en serie sportträningsskor tillverkade nästan helt (förutom sulan) av fibrer Biostål.

Därmed har den klibbiga skogsväven kommit långt och nu väver nya kemiföretag starka nätverk av den, som lyckats etablera produktion av ett välkänt naturmaterial och hittat många användningsområden för det. Om tio år kanske produktionen av biosyntetisk väv kommer att utvecklas så mycket att vi kommer att fråga konsulter i en klädaffär vilken sorts naturligt siden den här blusen är gjord av - silkesmask eller spindel. Naturligtvis kommer silkespinnar att fortsätta att väva in sina nätverk i kirurgi, regenerativ medicin, såväl som nya områden som vi ännu inte är medvetna om. Titta, en enhet kommer att dyka upp som kan skjuta en tråd av biosyntetisk nät för att klättra på väggar eller immobilisera illvilliga - och, viktigast av allt, det kommer att vara möjligt att göra detta utan att vänta på bettet av en radioaktiv mutant spindel.

Låt oss drömma om viktlös stickad blus, lika slitstark som en skottsäker väst. Vilken fiber tror du att den kan göras av? Du kommer aldrig gissa! Den här blusen kommer att stickas av garn skapat från webben!

Spindlar väver nät för att fånga nät och mysiga hålor. Unga spindlar ger sig ut på spindelnätsäventyr till avlägsna platser. Och människor har försökt lära sig hur man använder webben för sina behov i århundraden.

De gamla kineserna skapade siden av spindelnät, solkungen hade strumpor och handskar stickade av spindelsilke, den franska naturforskaren d'Orbigny hade byxor gjorda av spindelnät.

Banan är starkare än stål, lätt och elastisk och består av proteinmolekyler. Banan kan sträcka sig 40 % av sin längd utan att gå sönder och är så lätt att ett halvt kilo väv är mer än tillräckligt för att svepa runt jorden.

Det har bevisats att spindelnät också har antiseptiska egenskaper och främjar sårläkning. Stora spindlar av släktet Nephila är kända för att spinna enorma nät med en diameter på upp till 8 meter, som fiskare på de polynesiska öarna använder för att fånga fisk. På fotografierna kan du se dessa spindlar och deras nät.

Så varför har inte garn med så fantastiska egenskaper fyllt butikshyllorna? På grund av sin rovdjursnatur är spindlar mycket svåra att föda upp i fångenskap, om du ska starta en spindelfarm kanske dina husdjur efter ett tag helt enkelt äter upp varandra. Men trots svårigheterna finns det modiga själar som skapar spindelfarmer, och japanska forskare lovar att snart släppa produkter gjorda av spindelnät.

Och ändå, trots alla svårigheter och kostnaden för arbetet, finns färdiga saker gjorda av spindelsilke. Titta på manteln, som presenterades för alla på en utställning i London av Simon Pearce och Nicholas Goodley.

För tillfället är detta den största produkten tillverkad av spindelsilke i världen, och hantverkarna arbetade med att skapa den i mer än fyra år. Detta krävde att man samlade in nätet av mer än en miljon spindlar.