Jedwab pajęczy jest uważany za najmocniejszy na świecie, ale pająki są zbyt agresywne i terytorialne, aby je hodować na masową skalę. Dlatego naukowcy z całego świata włączają pajęcze DNA do jedwabników, co jest procesem kosztownym i trudnym do skalowania.
Czytaj też: Specjalny jedwab z nanocząsteczkami może schłodzić skórę nawet o 12 stopni
Zespół uczonych z Uniwersytetu w Tianjin odkrył, że usuwając lepką, zewnętrzną warstwę jedwabiu można uzyskać sieci o 70% wytrzymalsze od jedwabiu pajęczego. Szczegóły opisano w czasopiśmie Matter.
Dr Zhi Lin, biochemik z Uniwersytetu w Tianjin, mówi:
Nasze odkrycie odwraca wcześniejsze przekonanie, że jedwab jedwabnika nie może konkurować z jedwabiem pajęczym pod względem wydajności mechanicznej.
Najbardziej wytrzymały jedwab na świecie
Początkowo jedwab był używany w modzie jako materiał do luksusowych szat i odzieży królewskiej, ale obecnie jest powszechny w medycynie (jako składnik szwów i siatek chirurgicznych). Ze względu na swoje właściwości mechaniczne, biokompatybilność i biodegradowalność, znajduje zastosowanie także w medycynie regeneracyjnej.
Nie jest tajemnicą, że najpopularniejszym sposobem pozyskiwania jedwabiu jest hodowla jedwabników morwowych lub dębowych. Jednak wytwarzane przez nie sieci nie są tak wytrzymałe jak jedwab pajęczy, szczególnie jedwab wiodący (ang. dragline silk) przędzony przez pająki z rodzaju Nephila.
Dr Zhi Lin dodaje:
Jedwab wiodący jest głównym jedwabiem strukturalnym sieci pajęczej. Jest również używany jako lina ratunkowa dla pająka spadającego z drzew. Z kolei jedwabniki wykorzystują swoje delikatniejsze jedwabie do budowy swoich przypominających wacik kokonów podczas przeobrażenia.
Naukowcy już wcześniej łączyli DNA pająków, aby wytworzyć wytrzymalszy jedwab, ale zespół dr Lina postanowił skupić się na materiale wytwarzanym przez jedwabniki.
Włókno jedwabiu naturalnego wytwarzanego przez jedwabnika morwowego lub dębowego składa się z włókna rdzenia owiniętego klejem do jedwabiu, który uniemożliwia przędzenie włókien w celach komercyjnych. Aby obejść ten problem, naukowcy ugotowali jedwab z pospolitego jedwabnika Bombyx mori w kąpieli ze związkami chemicznymi, które rozpuszczały ten klej, nie degradując białek jedwabiu. Tak uzyskaną substancję poddano kolejnej kąpieli, tym razem z dodatkiem metali i cukrów.
Czytaj też: Pająki Joro rozprzestrzeniają się po USA. Tej inwazji nie sposób powstrzymać
Dr Lin tłumaczy:
Ponieważ jedwab jedwabnika jest strukturalnie podobny do jedwabiu pajęczego, który – jak wcześniej wykazano – dobrze radzi sobie w mieszance kąpieli cynkowych i żelaznych, pomyśleliśmy, aby zmodyfikować tę metodę. Sacharoza może zwiększać gęstość i lepkość kąpieli koagulacyjnej, co w konsekwencji wpływa na tworzenie się włókien.
Materiał opracowany przez zespół był następnie ręcznie przędzony i ciągnięty, tworząc cienkie włókna podobne do jedwabiu pajęczego, ale “znacznie sztywniejsze” niż jakiekolwiek znane jedwabie naturalne. Zespół odkrył, że ma on również znacznie większą wytrzymałość na rozciąganie niż naturalny jedwab pajęczy, na poziomie 2 GPa (gigapaskali).
Dr Lin podsumowuje:
Mamy nadzieję, że ta praca zainicjuje obiecujący sposób na produkcję dochodowego, wydajnego sztucznego jedwabiu.