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黑寡妇蜘蛛丝是如此强大的实验室版本可用于建立桥梁

黑寡妇蜘蛛丝非常结实。 按重量计,它比钢强。 这使得希望在实验室中重现其令人难以置信的特性的科学家们非常感兴趣。 现在,来自美国的一支团队已经走得更近了。

“对这种材料的实际应用基本上是无限的,”圣地亚哥州立大学化学与生物化学系的Gregory Holland告诉新闻周刊

荷兰及其同事现已在PNAS期刊上发表研究,以了解黑寡妇如何将蛋白质转化为这些超强纤维的过程。 “数十年来,我们已经知道蜘蛛丝一般非常坚固。 比重量更高的高强度钢,“荷兰说。 “虽然大多数蜘蛛丝都很强壮,但有些比其他丝绸强,而且这项研究所关注的黑寡妇丝是其中最强的丝绸之一。”

尝试在实验室中重建丝绸失败了 - 在科学家们不理解的丝绸制作过程中发生了纳米级的事情。

black widow 黑寡妇在实验室里制作丝绸。 科学家试图在实验室重建丝绸失败了。 SDSU

该团队试图通过在微小范围内研究丝蛋白溶液来填补这一知识空白。 他们发现蛋白质由数百种单独的丝蛋白组成。 “这些较大的纳米级组件被假设存在了将近15年......这是我们第一次真正知道它们的样子,”Holland说。

研究报告作者Nathan Gianneschi 说:“我们完全不了解的是丝腺或纺丝管中纳米尺度的变化 - 蛋白质变成纤维的储存,转化和运输过程。”

荷兰说现在我们知道黑寡妇蜘蛛丝是用纳米级制成的,科学家们可以开始创造更好的人工版本。

“已经有较小的创业公司正在生产合成蜘蛛丝,”Holland说。 “然而,丝绸没有天然蜘蛛丝的优越机械性能。 低于机械性能的原因在于无法在实验室中复制天然纺纱工艺。

“我们在文章中提供的关于天然纺丝原液(天然丝纤维纺丝的种子)的详细信息类型可以在合成蜘蛛丝纺丝溶液中进行测试,条件可以变化以获得这些结构。我们认为这些蛋白质纳米粒子的预组装对蜘蛛丝纺纱是至关重要的。另一件非常复杂的拼图。“

black widow silk 丝绸纤维起源于黑寡妇的蛋白质腺体,就像这个。 科学家们一直在努力复制蜘蛛的旋转过程。 SDSU

Holland表示,通过最新的研究,他认为“未来5到10年内会出现一些重大问题。”要克服的下一个挑战是能否以经济有效的方式生产大量蛋白质并能够扩大规模。达到工业水平。 他们还必须找到正确复制纺纱工艺的方法。

“与蜘蛛腹部相比,在实验室中用合成丝蛋白制造纤维的过程非常简单。 我们必须了解从原子到宏观的生化过程。“一旦完善,应用程序”基本上是无限的,“Holland说。

“用于军事和急救人员的高性能纺织品,运动装备,电缆桥架和生物医学应用的建筑材料等等。 后者是透明的。 丝绸蚕丝已经被证明是一种优秀的生物材料,并被用于许多“现实世界”的生物医学应用,“Holland说。

Gianneschi说:“如果我们能够综合复制这种自然过程来大规模生产人造纤维,那就无法夸大对材料和工程的潜在影响。”