Hvordan spinder edderkoppen sin selvsamlede silke?

Af alle de spændende emner inden for materiale- og biokemisk forskning, en af ​​langt de hotteste er at afsløre mysterierne om edderkoppesilke.

Ofte påstået at være 'stærkere end stål', de proteinbaserede fibre har potentiale til at ændre den materielle verden, som vi kender den. Imidlertid, trods årtiers forskning, ingen har været i stand til at masseproducere edderkoppesilke, primært fordi den nøjagtige metode til, hvordan den fremstilles, stadig er indhyllet i mystik.

I et skridt mod at forstå dets indre virke, forskere ved Kyoto University's Graduate School of Engineering rapporterer om en ny model til edderkoppesilke, rapporterer, at nøglen til edderkoppesilke 'spinning' er en kombination af forsuring og en proces kendt som væske-væskefaseseparation, eller LLPS.

"Edderkoppesilke er lavet af proteiner kaldet spidroin. Edderkoppen har en kirtel, der er tæt fyldt med spidroins i sin flydende tilstand kaldet dope, "forklarer Ali D Malay, første forfatter af undersøgelsen, udgivet i Videnskab fremskridt .

"Denne væske omdannes hurtigt til den hårde og strukturelt komplekse silke. For at undersøge, hvordan dette præcist gøres, besluttede vi at gå tilbage til tegnebrættet og se på selve spidroins. Så vi udviklede kunstige spidroins, der tæt efterligner dem, der findes i naturen. "

Det var ikke let at udvikle proteinet, men de landede på at bruge en specifik spidroin kaldet MaSp2, et af de mere almindelige edderkoppesilkeproteiner, og som er vandopløselige.

Efter at have isoleret deres kunstige edderkoppesilkeprotein, holdet begyndte at observere sin aktivitet under forskellige kemiske forhold, har til hensigt at forstå, hvilke vigtige kemiske ændringer der er nødvendige for at væskefasen kan blive fast.

"Vi så først proteinet samle sig i små klynger. Men da vi tilføjede kaliumphosphat begyndte det straks at kondensere til store højdensitetsdråber, "forklarer malayisk." Dette er et fænomen kendt som væske-væske-faseadskillelse-det sker ret ofte i celler-og det er når væskedråber ændrer deres størrelse og tæthed i henhold til det omgivende miljø. "

Men dette var kun en del af puslespillet. Hvad skal der til for at gøre denne flydende fase til de silkefibre, vi kender så godt? Nøglen var pH. Da teamet sænkede opløsningens pH, globerne begyndte at smelte sammen, danner et fint netværk af fibre.

Både LLPS og fibernetværksdannelse skete så spontant, at det var synligt i realtid. I øvrigt, da fibernettet blev udsat for mekanisk belastning begyndte det at organisere sig i en hierarkisk struktur ligesom edderkoppesilke.

"Edderkoppesilke overgår ofte de mest avancerede menneskeskabte materialer i dag, og fremstilling af disse syntetiske fibre er ofte afhængig af skadelige organiske opløsningsmidler og høje temperaturer. Det utrolige her er, at vi var i stand til at danne edderkoppesilke ved hjælp af vand som opløsningsmiddel, og ved omgivelsestemperaturer, "slutter Keiji Numata, der ledede undersøgelsen.

"Hvis vi kan lære at efterligne mekanismerne for edderkoppesilke, det kan have en dybtgående indvirkning på fremstillingsfremtiden. "