Produkcja syntetycznego jedwabiu pajęczego w skali laboratoryjnej

Yang Hsia; Eric Gnesa; Ryan Pacheco; Kristin Kohler; Felicia Jeffery; Craig Vierra

doi:10.3791/4191

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Produkcja syntetycznego jedwabiu pajęczego w skali laboratoryjnej

27.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/4191

⸱

18 lipca 2012

Yang Hsia¹ , Eric Gnesa¹ , Ryan Pacheco¹ , Kristin Kohler¹ , Felicia Jeffery¹ , Craig Vierra¹

¹Department of Biological Sciences, University of the Pacific

W tym artykule

Podsumowanie

Pomimo wyjątkowych właściwości mechanicznych i biochemicznych jedwabiu pająków, materiał ten nie może być pozyskiwany w dużych ilościach metodami konwencjonalnymi. W niniejszej pracy opisujemy efektywną strategię przędzenia sztucznych włókien jedwabiu pająka, co stanowi istotny proces dla badaczy analizujących produkcję jedwabiu pająków oraz jego zastosowanie jako biomateriałów nowej generacji.

Streszczenie

Wraz z postępem społecznym i kurczeniem się zasobów, coraz ważniejsze staje się rozwijanie nowych technologii pozwalających na projektowanie biomateriałów nowej generacji o wysokich parametrach użytkowych. Opracowywanie tych nowych materiałów konstrukcyjnych musi być szybkie, kosztowo efektywne i opierać się na metodologiach przetwórstwa oraz produktach przyjaznych dla środowiska i zrównoważonych. Pająki przędą wiele różnych rodzajów nici o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych, co stanowi bogate źródło materiałów inżynieryjnych nowej generacji dla biomimetyki, które mogą konkurować z najlepszymi materiałami syntetycznymi i naturalnymi. Ponieważ gromadzenie dużych ilości naturalnego jedwabiu pajęczego jest niepraktyczne, produkcja jedwabiu syntetycznego umożliwia naukowcom dostęp do nieograniczonych zasobów nici. W związku z tym, jeśli proces przędzenia zostanie usprawniony i dopracowany, sztuczne włókna pajęcze mogą znaleźć szerokie zastosowanie, od pancerzy ochronnych, szwów chirurgicznych, lin i kabli, przez opony i struny instrumentów muzycznych, aż po kompozyty dla lotnictwa i technologii kosmicznych. Aby udoskonalić proces produkcji syntetycznego jedwabiu i uzyskać włókna o niskiej zmienności właściwości materiałowych między poszczególnymi cyklami przędzenia, opracowaliśmy protokół przędzenia na mokro, który integruje ekspresję rekombinowanych białek jedwabiu pajęczego w bakteriach, oczyszczanie i zagęszczanie białek, a następnie ekstruzję włókien oraz mechaniczną obróbkę po przędzeniu. Jest to pierwsza prezentacja wizualna ukazująca krok po kroku proces przędzenia i analizy sztucznych włókien jedwabnych w skali laboratoryjnej. Przedstawia ona również szczegółowe zasady minimalizowania zmienności między włóknami przędzionymi z tej samej masy przędzalniczej. Wspólnie metody te przyspieszą proces produkcji sztucznego jedwabiu, prowadząc do uzyskania włókien o wyższej jakości, które przewyższą naturalny jedwab pajęczy.

Wprowadzenie

Pajęcza sieć posiada nadzwyczajne właściwości mechaniczne, które przewyższają wiele materiałów wytworzonych przez człowieka, w tym stal wysokowytrzymałą, Kevlar i Nylon.¹ Pająki przędą co najmniej 6-7 różnych typów włókien o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych, z których każde charakteryzuje się różnym stopniem wytrzymałości na rozciąganie i rozciągliwością, aby pełnić określone funkcje biologiczne.² Naukowcy intensywnie dążą do wykorzystania pajęczej sieci jako biomateriałów nowej generacji ze względu na ich wybitne właściwości mechaniczne, biokompatybilność oraz nietoksyczny i ekologiczny charakter.^3,4 Ze względu na kanibalis....