Несмотря на выдающиеся механические и биохимические свойства шелка пауков, эти материалы не могут быть собраны в большом количестве с помощью обычных средств. Здесь мы опишем эффективную стратегию вращаться искусственного шелка паука волокна, которое является важным процессом для изучения следователями паук производство шелка и их использование в качестве следующего поколения биоматериалов.
Как общество прогрессирует и ресурсов становится все меньше, она становится все более важным развивать новые технологии, инженер следующего поколения биоматериалов с высокими эксплуатационными свойствами. Развитие этих новых конструкционных материалов должно быть быстрым, экономичным и включают обработку методик и продуктов, которые являются экологически чистыми и устойчивыми. Пауки крутиться множество различных типов волокон с различными механическими свойствами, предлагая богатый источник следующего поколения конструкционных материалов для биомимикрия что соперник лучших искусственных и натуральных материалов. Так как набор большого количества натурального шелка пауков нецелесообразно, производство синтетического шелка имеет возможность предоставить ученым доступ к неограниченным запасом темы. Поэтому, если вращающийся процесс может быть упрощен и усовершенствован, искусственных волокон паука есть возможность использования для широкого спектра применений, начиная от бронежилета, хирургические шовныес, канаты и тросы, шины, струны для музыкальных инструментов, а также композиционных материалов для авиационной и космической техники. В целях ускорения процесса производства синтетического шелка и для получения волокна, которые отображают низкой дисперсией по своим свойствам материал из спин спина, мы разработали мокрого прядения протокол, который объединяет экспрессия рекомбинантных белков шелка пауков в бактерии, очистки и концентрации белков , а затем методом экструзии волокна и механического после лечения спина. Это первое визуальное представление, что показывает, шаг за шагом процесс спина и анализ искусственных волокон шелка в лабораторном масштабе. Он также содержит подробную информацию, чтобы свести к минимуму введением вариабельность волокна нити из одного вращающегося допинг. В совокупности эти методы будут стимулировать процесс искусственного шелка, что приводит к более высоким качеством волокна, которые превосходят натуральный шелк паука.
Паук шелк обладает экстраординарными механические свойства, что из выполняет несколько искусственных материалов, в том числе из высокопрочной стали, кевлара и нейлона. 1 Пауки крутиться как минимум 6-7 различных типов волокон, которые отображают разнообразные механические свойства, каждый из которых предназначен с разным количеством прочность и растяжимость для выполнения определенных биологических задач. 2 исследования ученые быстро стремится к использованию шелка паука в качестве следующего поколения биоматериалов, потому что их выдающиеся механические свойства, их биосовместимости, и их нетоксичными и зелено-материальной природы. 3,4 Из-за людоедских и ядовитых паукообразных природы, сбор пауков шелка через сельское хозяйство не является практической стратегии для удовлетворения потребностей необходимых для промышленного производства масштабе. Таким образом, ученые обратились к производству рекомбинантных белков шелка в трансгенных организмов в сочетании с в пробирке прядение синтетических волокон изсебе очищенного белка. 5-8 Выражение полнометражный рекомбинантных белков паутины было технически сложно, учитывая внутренние свойства их последовательностей генов, в том числе их очень повторяющийся характер и физическую длину (> 15 кб), GC-богатым содержанием и предвзятым аланин и глицин кодонов. 9-11 На сегодняшний день большинство лабораторий были направлены на выражение усеченной формы основных ampullate протеины шелка MaSp1 или частичном использовании MaSp2 кДНК или синтетических генов. 12-15 прядильно синтетического шелка пауков является сложным процессом, требующим мастерство и знания в различных научных дисциплин, и в тонкостях процесса прядения, не были полностью открыты широкой общественности с помощью видео-представление. На самом деле, лишь немногие из лабораторий по всему миру есть опыт, чтобы выразить кДНК шелка паука, очистить протеины шелка, спина синтетических волокон и выполнять после спин-дро, и, наконец, проверить свои свойства биоматериалов. 8,16,17 различные подходы для прядения синтетических волокон охватили влажные и сухие прядильных а также методы электропрядения 16,18,19 Все процедуры имеют одну цель общего -. Разработке протокола, который производит синтетический шелк пауков с механическими свойствами, которые могут соперничать нити из натуральных для крупных коммерческих производственных процессов.
Здесь мы опишем процедуру создания искусственного шелк паука в лабораторном масштабе с использованием мокрого прядения методологии. По сравнению с другими методами прядильных, мокрого прядения произвел наиболее последовательные результаты для волоконно-анализа. Опишем эту процедуру, начиная с выражением рекомбинантных белков шелка в бактерии, а затем их очистки, а затем описать белкового препарата шаги для прядения, в том числе после ничьей спина методологии применительно к "как нити" волокна, что дает нити свойства материалов, которые подходят к качеству природных шелк паука. Наши методичесу предназначен для точного моделирования естественного процесса прядения шелка и волокон в значительной степени опирается на наш опыт в архитектуре и функциях шелковых желез с шаром и початков плетение пауков. 20-22 Кроме того, мы заключаем с необходимыми шаги для определения физических свойств синтетических волокон с использованием тензометр построить напряженно-деформированного кривые, которые позволяют исследователям рассчитать предел прочности, предельной деформации и прочность волокна. Наконец, но существенное значение, спиннинг, подкачку и рисование аппаратов может быть домашний построены с использованием коммерчески доступных частей, вместо того чтобы покупать сложную и дорогостоящую нестандартного оборудования.
Синтетические волокна кружилась от этой методики механически того же порядка величины по сравнению с натуральными волокнами. Уменьшая количество человеческих ошибок по механизации буферизации и после процессов спин ничья, разница между экспериментальными образцами более контролир…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана NSF RUI Гранты MCB-0950372 и DMR-1105310 озаглавленной «Молекулярная характеристика паука Черная вдова шелка и механического поведения паука шелка клея", соответственно.
Reagent/Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
pBAD/TOPO ThioFusion Expression Kit | Invitrogen | K370-01 | |
FastBreak Cell Lysis Reagent, 10x | Promega | V857C | |
Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30210 | Includes instructions for buffers |
ProteoSilver Silver Stain Kit | Sigma-Aldrich | PROTSIL1-1KT | |
FreeZone Lyophilizer | Labconco | 7960041 | FreeZone 12Plus |
Hexafluoroisopropanol (HFIP) | Sigma-Aldrich | 52512 | |
Syringe | Hamilton | 7657-01 | 250 μL |
Needle | Hamilton | 7780-01 | 26s Gauge, Blunt end removable needle |
Syringe Pump | Harvard Apparatus | 702208 | 11Plus |
Digital Caliper | Carrera | CP5906 | 0-150 mm range |
Stainless steel forceps | World Precision Instruments | 501764 | Mini Dumont #M5S |
Motor | Nature Mill | 7090529 | 12VDC, 2 rpm speed |
Linear Actuator | Warner Electric | 01-D024-0050-A06-LP-IP65 | 24VDC, 6 inch range |
Dissecting microscope | Leica Microsystems | Leica MZ16 | |
Digital microscope camera | Leica Microsystems | DFC320 | Software: Leica Application Suite v2.8.1 |
Vannas scissors | World Precision Instruments | 500260 | |
Microtensometer | Aurora Scientific | 310C | 5N Dual-Mode System |