آینده متعلق به ابریشم تار عنکبوت است: تاریخچه ماده ای که هزاران سال است که آموخته شده است. ماداگاسکی ها بزرگترین بوم ساخته شده از ابریشم عنکبوت را از تاریخ ایجاد ابریشم عنکبوت خلق کردند.

این فناوری که حدود صد سال پیش توسط یک واعظ فرانسوی توسعه یافت، امکان جمع آوری تارهای طلایی از میلیون ها عنکبوت ماداگاسکار را فراهم کرد. یک مورخ بریتانیایی و یک تاجر آمریکایی از او برای ساختن بزرگترین "رومیزی" ساخته شده از ابریشم عنکبوت استفاده کردند. این شاهکار دست ساز کمیاب در ایالات متحده آمریکا و بریتانیا به نمایش گذاشته خواهد شد.

منتقد هنری سایمون پیرز و شریک تجاری آمریکایی اش نیکلاس گودلی چندین ده کارگر را استخدام کردند تا بوم منحصر به فردی را به ابعاد 3.4 در 1.2 متر بسازند.

تامین کنندگان "نخ ها" یک میلیون عنکبوت گوی بافی (عنکبوت گوی طلایی) متعلق به این جنس بودند. نفیلا. این دانشمند و کارآفرین تقریباً پنج سال از زندگی خود و حدود 500 هزار دلار را برای تولید تکه ای از شاید غیرمعمول ترین پارچه صرف کرد.

گودلی، بازیگر آمریکایی هدر گراهام و پیرس در افتتاحیه نمایشگاه در AMNH در 23 سپتامبر امسال (تعداد زیادی از مهمانان برجسته دیگر دعوت شده بودند). البته یک روسری معمولی در دست دارند (عکس از ویل راگوزینو).

گودلی اولین بار در سال 1994 به ماداگاسکار آمد و در آنجا شرکت کوچکی را ایجاد کرد که کالاهایی از الیاف نخل تولید می کرد. رافیا. در سال 1999، نیکلاس اولین مجموعه کیف های مد خود را منتشر کرد (ظاهراً از همان مواد) و در سال 2005 کارخانه را تعطیل کرد و به طور کامل به همراه پیرس به تولید "پارچه عنکبوتی" روی آورد.

عنکبوت گوی بافی طلایی ماداگاسکار تنها یکی از 36 گونه از این جنس است. نفیلا. این عنکبوت ها در مناطق استوایی یافت می شوند و به خاطر چرخاندن تارهای طلایی بزرگ معروف هستند (عکس از AMNH، JohnnyK/Picasa Web).

گودلی برای خلق این نقاشی غیرمعمول از داستان هایی در مورد چگونگی تلاش فرماندار فرانسوی یکی از استان های ماداگاسکار در قرن نوزدهم برای انجام کاری مشابه الهام گرفت. با این حال، نیکلاس به طور قطع نمی دانست که آیا این داستان ها واقعی هستند یا تخیلی.

برخی از عنکبوت ها به میل خود در طول آزمایش مردند، اما بیشتر آنها آزاد شدند. گودلی می‌گوید: «ما ناخودآگاه محافظ این موجودات شده‌ایم و من بسیار خوشحالم زیرا فکر می‌کنم آن‌ها لایق سلطنت‌های سلطنتی هستند» (عکس ppoggio2 /flickr.com).

در واقع، ابریشم عنکبوت در میان ساکنان ماداگاسکار محبوبیت خاصی ندارد (این قابل درک است، زیرا رشد کرم ابریشم "استاندارد" بسیار آسان تر است). با این حال، در قرن نوزدهم، رعایای پادشاهی مرینا هنوز تصمیم گرفتند با او همکاری کنند. محصولات ساخته شده از تار عنکبوت به اعضای خانواده های سلطنتی ارائه شد. حتی سنت خاصی در بافتن نخ وجود داشت.

اولین دستگاه برای به دست آوردن ابریشم از 24 عنکبوت توسط واعظ فرانسوی ژاکوب پل کامبوه ساخته شد که در دهه 80-90 قرن 19 با آنها کار کرد. با این حال هیچ تکه پارچه ای از کار او باقی نمانده است (عکس AMNH).

کار پیرس و گودلی زمانی آغاز شد که 70 کارگر را برای جمع آوری عنکبوت در نزدیکی پایتخت ماداگاسکار، آنتاناناریوو استخدام کردند. نفیلا ماداگاسکارینسیس.

فقط زنان یک شبکه منحصر به فرد و بادوام با رنگ طلایی ایجاد می کنند. این مجموعه در فصل بارانی انجام شد، زیرا بندپایان تارهای خود را فقط در این زمان از سال تولید می کنند (که محدودیت های بیشتری را بر روند تولید وب اعمال می کند).

عنکبوت ها اغلب خانه های خود را بین سیم های تلفن و برق قرار می دهند. گاهی اوقات تارها به اندازه‌های غول‌پیکری رشد می‌کنند که به راحتی جاده‌های تک خطی را مسدود می‌کنند (عکس توسط Tasumi1968 /flickr.com).

برای ایجاد نوعی کارخانه ریسندگی، عنکبوت ها را در اتاقک های مخصوصی قرار می دادند که در آنجا بی حرکت نگه داشته می شدند. باید بگویم که نفیلا ماداگاسکارینسیسنه سمی، بلکه گزنده آنها همچنین ممکن است فرار کنند یا یکدیگر را بخورند. پیرس می‌گوید: «در ابتدا ما 20 زن داشتیم، اما به زودی به سه زن رسیدیم، اما آنها بسیار چاق بودند.

بنابراین، در نهایت، موجودات بی قرار از یکدیگر جدا شدند و به طور همزمان تعداد افراد ساکن در کارخانه افزایش یافت.

به هر حال، تنها "رقبای" شاهکار فعلی را می توان آن دو قطعه "بافت عنکبوت" دانست که در یکی از موزه های لیون ذخیره می شود. با این حال، عرض هر یک از آنها از چند سانتی متر تجاوز نمی کند (عکس توسط AMNH و از dailymail.co.uk).

ده کارگر مشغول جمع آوری تارهای آویزان شده از اندام های چرخان عنکبوت بودند. به این ترتیب از یک فرد حدود 25 متر مواد گرانبها به دست آمد.

پیرس خاطرنشان می کند که چهارده هزار عنکبوت تقریباً 28 گرم ابریشم عنکبوت تولید می کنند و وزن کل پارچه نهایی به 1180 گرم می رسد!

آیا می خواهید بدانید گران ترین پارچه دنیا کدام پارچه است که هر 2 متر مربع حدود 1 میلیون دلار قیمت دارد؟ متر؟ این ماده ای با زیبایی شگفت انگیز و ویژگی های کیفیت بی نظیر است. نخبه، فوق العاده گران، فوق العاده بادوام و از نظر زیبایی به سادگی شگفت انگیز است - این همان ابریشم گران قیمت در جهان است که توسط عنکبوت ها ساخته شده است.

از تاریخچه ایجاد ابریشم عنکبوت

این داستان جدید نیست؛ پارچه تار عنکبوت در زمان های بسیار قدیم در چین تولید شده است. البته فقط افراد بسیار ثروتمند می‌توانستند چنین اقلام گران قیمتی از لباس‌های ساخته شده از تار عنکبوت را بخرند، زیرا تولید حتی یک تکه کوچک پارچه عنکبوت مستلزم کار و هزینه هنگفتی بود.

در قرن هجدهم، اروپایی ها روش بافتن پارچه از تار عنکبوت را آزمایش کردند. عنکبوت متقاطع به عنوان تولید کننده چنین نخی پیشنهاد شد. برای تولید بیش از 400 گرم نخ، حدود هفتصد عنکبوت باید از بین می رفت.

تلاش انسان برای پرواز به هر قیمتی جهان علم را به موضوع تولید پارچه عنکبوتی بادوام در آغاز قرن نوزدهم بازگرداند. سپس برای ساخت بالون سعی شد تا از عنکبوت بزرگ ماداگاسکار ابریشم عنکبوت بدست آید. اطلاعات دقیقی در مورد نتیجه این آزمایش حفظ نشده است، اما این واقعیت که هم از نظر منابع انسانی و هم از نظر منابع طبیعی بسیار گران بود برای همه روشن بود.

آنها عنکبوت را به منظور تولید گرانترین پارچه لوکس پرورش ندادند. مشخص شد که این بندپایان در بسیاری از شرایط طبیعی به دلیل ناهماهنگی در رطوبت، دما و چرخه فصلی ریشه نمی گیرند.

لباس و رومیزی از تار عنکبوت

آغاز قرن بیست و یکم با تلاش های جدیدی برای به دست آوردن ابریشم از تار عنکبوت مشخص شد.

در سال 2005، نیکلاس گودلی و سایمون پیرس که در ماداگاسکار تجارت می کردند، کارخانه خود را برای تولید کیسه های الیاف نخل بستند و شروع به ساخت ابریشم از رشته های عنکبوت های گوی بافی کردند.

اولین اثر هنری واقعاً واقعی یک سفره طلایی ساخته شده از ابریشم عنکبوت بود که با تزئینات ملی محلی تزئین شده بود. شایان ذکر است که چنین سایه مجللی از پارچه، رنگ طبیعی تار این نوع عنکبوت را فراهم می کرد.

از شبکه یک میلیون عنکبوت برای ایجاد یک سفره منحصر به فرد به ابعاد 3.4 در 1.2 متر استفاده شد. واقعیت جالب: 15000 عنکبوت فقط می توانند 30 گرم نخ عنکبوت تولید کنند. و پارچه ابریشمی عنکبوتی از پیرس و گودلی 1180 گرم وزن دارد و غیرمعمول ترین و گران ترین پارچه در دنیای شگفت انگیز رنگ طلایی نیم میلیون دلار و پنج سال عمر برای بازرگانان هزینه کرد.

اما امروزه دو شاهکار از این دست در جهان وجود دارد. دومی یک لباس شنل منحصر به فرد بود که برای اولین بار در موزه ویکتوریا و آلبرت بریتانیا در سال 2012 به عموم ارائه شد. فقط یک بار پوشیده شد - برای عکاسی. تولید چنین لباس نخبه و لذت بخشی چهار سال و نخ های میلیون ها عنکبوت گوی بافی طول کشید.

ابریشم عنکبوت فوق العاده قوی - یک رویکرد مدرن

نتایج حاصل از آزمایش های گران قیمت در مورد استفاده از ابریشم عنکبوت برای دانشمندان مدرن مناسب بود. از این گذشته، نخ عنکبوت دارای ویژگی های منحصر به فردی است و به راحتی توسط عنکبوت ها ایجاد می شود. با مطالعه دقیق ترکیب و فرآیند تولید تار عنکبوت، آنها قبلا متوجه شده اند که چگونه پروتئینی که مولکول های آن با استفاده از آب به یکدیگر متصل می شوند، پس از مدت کوتاهی به یک رشته بسیار قوی تبدیل می شود که آب دیگر نمی تواند آن را حل کند.

با فاش کردن راز این پدیده، امروزه دانشمندان پاسخی به سوال اصلی دریافت کرده اند - آیا می توان ابریشم عنکبوت را به صورت مصنوعی ساخت. و ما آمادگی داریم از این کشف در زمینه های مختلف فعالیت استفاده کنیم.

لباس ابریشمی عنکبوتی - جدید 2016

ساختن نخ های ابریشمی از تار عنکبوت بدون مشارکت عنکبوت فرصت های جدیدی را برای استفاده از ابریشم عنکبوت در تولید لباس فراهم می کند.

چندی پیش، شرکت Spiber (ژاپن) به همراه یکی از تولید کنندگان پیشرو لباس ورزشی، ژاکتی را ارائه کردند که از پارچه ساخته شده بود که آنالوگ مصنوعی ابریشم عنکبوت است.

این اولین نمونه از لباس های ساخته شده از پروتئین مصنوعی است. شروع فروش مون پارکا برای پایان سال 2016 اعلام شده است. سوال حداقل هزینه تقریبی چنین محصولی همچنان باز است. اما همه می دانند که فقط خریداران بسیار ثروتمند قادر به پرداخت آن هستند (در ابتدا، بدون شک).

ابریشم عنکبوت بسیار گران، اصلی و به طرز شگفت انگیزی زیبا است. با این حال، تا زمانی که تولید ابریشم عنکبوت به مقیاس صنعتی برسد، اقلامی را خریداری کنید که از ابریشم طبیعی ساخته شده اند که از همه لحاظ کمتر قابل احترام و لذت نیستند!

افسران ارتش و پلیس آمریکایی برای اهداف حفاظتی از زره بدنه سفت و سخت استفاده می کنند که می تواند سطح کافی محافظت را فراهم کند. با این حال، ابریشم عنکبوت ماداگاسکار 10 برابر قوی تر از کولار است، ماده ای که در اکثر زره های بدن استفاده می شود.

اگر امکان ابداع روشی برای تولید ابریشم عنکبوت در مقیاس صنعتی وجود داشت، زره بدن از یک ماده سبک وزن و سنگین ساخته می شد که می توانست به طور قابل اعتمادی از بدن در برابر گلوله و ترکش محافظت کند.

پس از گذشت چندین دهه از اولین آزمایش‌ها در این زمینه، دانشمندان بالاخره فرصتی واقعی پیدا کردند تا راهی برای ساخت زره محافظ بدن از ابریشم عنکبوت بیابند.

جدا از اینکه یک ایده بسیار نوآورانه است، همچنین به این معنی است که سربازان و افسران پلیس به زره بدن بسیار سبک، انعطاف پذیر و فوق العاده بادوام مجهز خواهند شد که می تواند به طور موثر در برابر ورود گلوله به بدن مقاومت کند. اکنون سربازان آمریکایی از تجهیزات محافظ سنگین و حجیم استفاده می کنند که حرکت را محدود می کند. معمولاً اینها جلیقه های بسیار سنگین با حداقل دو صفحه سرامیکی هستند که برای محافظت از قسمت بالای بدن سرباز در برابر ترکش نارنجک و گلوله طراحی شده اند.

اصل عملکرد زره جامد این است که نیروی متقابل سطح آن معادل نیروی ضربه یک گلوله است. با این حال، هرچه زره محافظت بیشتری ایجاد کند، جلیقه سنگین‌تر و ناراحت‌کننده‌تر خواهد بود. سبک ترین زره بدن فقط می تواند در برابر یک پرتابه با کالیبر کوچک محافظت کند که نیروی ضربه آن نسبتاً کم است. سطح حفاظت از زره جامد را می توان با افزودن صفحات محافظ اضافی افزایش داد.

در حالی که تجهیزات حفاظت فردی مهم است، دستورالعمل های پلیس اغلب شامل یادآوری می شود که افسر بدون زره بدن 14 برابر بیشتر احتمال دارد با شلیک گلوله کشته شود. افسران پلیس باید بین قابلیت مانور، آزادی حرکت و احتمال اصابت گلوله یکی را انتخاب کنند.

سربازان در مناطق جنگی هر روز از زره بدن استفاده می‌کنند، در حالی که افسران پلیس در موقعیت‌های کم خطر معمولاً راحتی و سبکی زره‌های امنیتی متوسط ​​را ترجیح می‌دهند. برخورد گلوله با سطح یک جلیقه ضد گلوله، آسیبی به اصطلاح ترانس انسدادی روی بدن بر جای می گذارد و نیروی ضربه را در تمام سطوح بدن توزیع می کند، در نتیجه در یک نقطه متمرکز نمی شود. زره پارچه ای نرم به دلیل وجود چندین لایه یا الیاف در هم تنیده که به شیوه تور ماهیگیری یا تار عنکبوت عمل می کنند، پرواز گلوله یا ترکش را کند می کند.

زره انعطاف پذیر سبک وزن با سطح بالایی از محافظت، که در زره بدن سربازان نیروهای ویژه ذاتی است، تا همین اواخر فقط یک رویا بود.

گفته می شود که پارچه زره نرم کولار DuPont پنج برابر قوی تر از فولاد است و به طور گسترده توسط افسران پلیس استفاده می شود. با این حال، استحکام ابریشم عنکبوتی هنوز نسبت به همتایان مصنوعی خود برتر است و برای چندین دهه دانشمندان سعی در ایجاد زره به سبک مرد عنکبوتی داشتند.

به نوبه خود، محققان در حال تلاش برای مونتاژ یک تار عنکبوت هستند که از نظر وزن سبک تر و در عین حال سه برابر کشسان تر از کولار و همچنین پنج برابر قوی تر از فولاد صنعتی است. ابریشم عنکبوت علیرغم اندازه و وزن خود، توانایی طبیعی مقاومت در برابر نیروهای ضربه ای قدرتمند را دارد.

سال گذشته، گروهی از دانشمندان آلمانی از موسسه علوم نظری هایدلبرگ تحقیقاتی را برای تعیین اجزای مکانیزمی که ابریشم عنکبوت را بسیار قوی می کند، انجام دادند. دو مرحله کلیدی در تولید پارچه ابریشمی عنکبوت وجود دارد: ژل نرم و چسبناکی که ابتدا در شکم عنکبوت وجود دارد، سپس با خروج ژل از بدن عنکبوت به یک نخ بسیار قوی تبدیل می شود. این مطالعه که در مجله Biophysical منتشر شده است، نشان می‌دهد که اجزایی که به ابریشم خاصیت ارتجاعی می‌دهند، به استحکام فوق‌العاده نخ نیز کمک می‌کنند. و اگرچه استفاده از خواص ابریشم عنکبوت برای اهداف خود در نگاه اول کار عملی به نظر نمی رسد ، با این وجود ، هدف گرامی هنوز بسیار دور است و مسیر رسیدن به آن بدون مشکلات جدی پیش نمی رود.

از جمله چالش های پیش روی دانشمندان، نیاز به تعیین ژنوم ابریشم ایده آل عنکبوت و همچنین یافتن روشی است که امکان سنتز عنصر پروتئینی تولید کننده ابریشم و همچنین تعیین روشی برای تولید چنین عنصر پروتئینی را فراهم کند. در مقادیر مورد نیاز

برای مدت طولانی، موضوع تحقیق نماینده خطرناک ترین عنکبوتیان - بیوه سیاه بود که تار آن ماده اولیه زره است که قدرت آن بالاتر از کولار و فولاد است.

با این حال، هنگام پرورش عنکبوت ها، محققان با یک مشکل مواجه شدند: عنکبوت ها نمی توانستند با یکدیگر کنار بیایند و دائماً در حال مبارزه بودند و مواد کافی تولید نمی کردند. در سال 2007، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا اعلام کردند که معمای ژنوم ابریشم بیوه سیاه را حل کرده‌اند و قصد دارند ژن‌های مصنوعی را در گیاهان گوجه‌فرنگی وارد کنند، که به نظر آنها می‌تواند منجر به تولید ابریشم عنکبوت در گوجه‌فرنگی شود.

گیاهان گوجه فرنگی، غلات، باکتری ها، مخمرها و حتی بزها همگی همراه با ابزارهای فنی، در تلاشی برای تبدیل ژل عنکبوت به رشته های جامد مورد استفاده قرار گرفته اند.

کرم‌های ابریشم ابریشم خوب تولید می‌کنند، اما پتانسیل طبیعی عظیمی برای تولید تا یک کیلومتر ابریشم در چند روز دارند. در سال 1999، موسسه فناوری راجامانگالا تایلند گزارش داد که یک جلیقه ضد گلوله ساخته شده است که از تار عنکبوت معمولی استفاده می کند که نیاز به تولید زیادی ندارد. در آزمایش‌ها، 16 لایه ابریشم توانست گلوله 9 میلی‌متری را متوقف کند و جلیقه‌های ساخته شده از این ماده با موفقیت در برابر شلیک گلوله‌های کالیبر 22 محافظت می‌کردند.

نویسندگان یک دستاورد اخیر در این زمینه نمایندگان دانشگاه وایومینگ هستند، نتایج تحقیقات آنها در صفحات مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ظاهر شد. بر اساس اطلاعات منتشر شده، محققان موفق به اصلاح ژنتیکی کرم‌های ابریشم برای ایجاد ترکیبی از کرم و ابریشم عنکبوت شده‌اند که به اندازه ابریشم عنکبوت قوی است.

اعتقاد بر این است که جام مقدس زره بدن ابریشم عنکبوت زمانی پیدا می شود که راز ژنوم عنکبوت ماداگاسکار که تصور می شود تار آن 10 برابر قوی تر از کولار است فاش شود، چنین کشفی امکان ساخت ابریشم را فراهم می کند. کارخانه های تولیدی ابریشم عنکبوت ماداگاسکار قوی ترین ماده ای است که در این سیاره وجود دارد، 100 برابر قوی تر از هر ابریشم دیگر است.

این عنکبوت سال گذشته در ماداگاسکار کشف شد، تار آن می تواند تا 25 متر محیط داشته باشد، ماده فوق العاده الاستیک است و سه برابر توانایی مقاومت در برابر نیروی گلوله را نسبت به کولار دارد.

چتر نجات، بالشتک های هوا، لباس های ورزشی، تورهای ماهیگیری - لیست استفاده های بالقوه ابریشم عنکبوت ادامه دارد.

تحقیقات در حال حاضر در مورد استفاده از آن در کاربردهای پزشکی - در بخیه های جراحی، تاندون ها و رباط های مصنوعی بادوام و به عنوان یک ترکیب اضافی برای ترمیم بافت عصبی که از خاصیت ارتجاعی ابریشم استفاده می کند، در حال انجام است.

برای خلاصه کردن تمام اطلاعات در حال حاضر شناخته شده در مورد ابریشم عنکبوت ماداگاسکار، می توان گفت که استفاده از چنین موادی در زره بدن پلیس انقلابی در زمینه تجهیزات برای مقامات مجری قانون خواهد بود.

فقط آرزو دارم
سهم کوچک من در انجام دادن،
در یک عمر کوتاه ببافید
حداقل یک رشته ابریشم...
فلور

در این روزهای پاییزی، در تعقیب یک قارچ بی‌دیده در جنگل، ممکن است به تور تله عنکبوت برسیم. البته، این تورها ما را نگه نمی دارند، ما بافندگی روباز - ثمره کار عنکبوتیان را از بین می بریم و با تکان دادن تارهای عنکبوت از صورت، دست ها یا لباس هایمان، با نارضایتی چنین خواهیم گفت: «اینجا تورها را آویزان کردند. ” در عین حال، احتمالاً ارزش دارد که از تکاملی که عنکبوت و تار آن را ایجاد کرد شگفت زده شوید - قوی و کشسان. این ماده آنقدر موفق است که مردم در حال حاضر شروع به استفاده از آن کرده اند، و نه تنها در پزشکی پیوند - حتی از آن کفش های ورزشی نیز می سازند. شرکت هایی که تن ها وب (به طور دقیق تر، پروتئین هایی که ترکیب آن را تشکیل می دهند) تولید می کنند مانند قارچ رشد می کنند.

بادوام ترین در بین الاستیک ها

الیاف تار عنکبوت با خواص مکانیکی استثنایی متمایز می شوند. به دلیل استحکام کششی و خاصیت ارتجاعی می توانند انرژی زیادی را بدون شکستگی جذب کنند. اگر از همان جرم پروتئین تار عنکبوت و آرامید مصنوعی - الیاف کولار نمونه برداری کنیم، معلوم می شود که کولار می تواند سه برابر کمتر انرژی قبل از تخریب جذب کند. باقی مانده های اسید آمینه اصلی در پروتئین فیبریلار ابریشم عنکبوت گلیسین، آلانین و سرین هستند. استحکام و خاصیت ارتجاعی رزوه‌های قاب با اندازه میکرومتر (یعنی شعاعی، بر خلاف مارپیچی‌های کمتر قوی) با این واقعیت توضیح داده می‌شود که درون آن‌ها کریستال‌های پروتئینی سفت و سختی به اندازه چندین نانومتر وجود دارد که توسط پیوندهای پپتیدی الاستیک به هم متصل شده‌اند. . استحکام کششی نهایی یک نخ لاشه از یک صلیب معمولی آرانئوس دیادماتوس - 1.1-2.7 گیگا پاسکال. برای مقایسه: استحکام کششی فولاد 0.4-1.5 گیگا پاسکال و موی انسان 0.25 گیگا پاسکال است. و ابریشم معمولی در این شاخص نسبت به ابریشم عنکبوت پایین تر است. البته تار عنکبوت را نمی توان نه قوی ترین و نه الاستیک ترین ماده نامید، اما این خواص در آن کاملاً متعادل است.

فقط 15 تا 20 سال پیش، بیش از ده گروه تحقیقاتی در جهان وجود نداشت که خواص پروتئین های تار عنکبوت و ویژگی های تشکیل آنها را مورد مطالعه قرار دهند. اکنون چندین ده تیم از این دست وجود دارد و کاربرد عملی وب در زندگی واقعی توسط سه شرکت بیوتکنولوژی که با موفقیت کار می کنند نزدیکتر شده است. محققان قبلاً کشف کرده‌اند که چگونه عنکبوت‌ها تار می‌چرخند، ویژگی‌های ترکیب آنها را مشخص کرده‌اند، و این جزئیات به آنها اجازه می‌دهد تا کاربردهای جدیدی برای تار عنکبوت پیدا کنند - از بازسازی بافت عصبی گرفته تا روش‌های بسته‌بندی کالاهای مصرفی و توسعه ترکیب‌های چسبنده جدید. پزشکان به ابریشم عنکبوت نه تنها به دلیل ترکیب ایده آل آن از قدرت و کشش، بلکه به دلیل این واقعیت است که عملاً پاسخ ایمنی ایجاد نمی کند جذب می شوند. پروتئین‌های تار عنکبوت نیز در آزمایشگاه‌های بیوشیمیایی استفاده می‌شوند - زنجیره‌های آن‌ها را می‌توان با ترکیبات با وزن مولکولی کم اصلاح کرد و به پروتئین‌ها خواص ویژه‌ای داد.

شرکت های اصلی پیشرو در این زمینه و در حال حاضر تولید کننده محصول آلمانی هستند AM Silk، ژاپنی اسپایبرو آمریکایی (کالیفرنیا) رزوه های پیچ. به طور معمول، زمان بیشتری از ظهور یک شرکت شیمیایی جدید که اساساً محصولات شیمیایی جدید ایجاد می کند تا ورود آنها به بازار و شروع فروش می گذرد.

از لوازم آرایشی گرفته تا جراحی

آراکنوفوب ها نیازی به نگرانی ندارند. شرکت هایی که تارهای مصنوعی تولید می کنند مانند مزارع عنکبوت نیستند. در عوض، «وب بافی» توسط ارگانیسم‌های تراریخته انجام می‌شود که حاوی ژن‌هایی هستند که بیان پروتئین‌های وب، عمدتاً باکتری‌ها و مخمرها را کنترل می‌کنند. اگرچه ابریشم تار عنکبوت نیز توسط موجوداتی تولید می شود که از آنها انتظار ندارید. به عنوان مثال، گله ای از بزهای اصلاح شده ژنتیکی پنجاه سر وجود دارد که با پروتئین های ابریشم عنکبوت شیر ​​تولید می کنند. از یک لیتر شیر از چنین بزی می توان تا 4 گرم از این پروتئین ها را جدا کرد. با این حال، باکتری ها و قارچ ها "عنکبوت های ersatz" موثرتر بودند.

مثلا یک شرکت AM Silkاز نسخه های اصلاح شده ژنتیکی استفاده می کند E. coli. باکتری ها در مخازن تخمیر بزرگ رشد می کنند، سپس سلول ها شکسته می شوند و پروتئین ابریشم عنکبوت به صورت پودر سفید آزاد می شود، که می تواند دانه بندی شود، به هیدروژل یا به الیاف تبدیل شود - تولید کنندگان ابریشم عنکبوت بیوسنتتیک محصولات خود را در این کشور می فروشند. هر سه شکل

یکی از فعالیت ها AM Silk- ابزار آرایشی مهره های ابریشمو سیلک ژلبا پروتئین های ابریشم عنکبوت که محافظت تنفسی پوست در برابر باکتری ها و مواد مضر موجود در محیط را فراهم می کند. ابریشم بیوسنتتیک عنکبوت اغلب به عنوان "ابریشم وگان" تبلیغ می شود - به ویژه برای کسانی که کشتن کرم ابریشم شفیره شده را غیرقابل قبول می دانند (ظاهراً این واقعیت است که برای به دست آوردن ابریشم عنکبوت بیوسنتزی باید بکشید. E. coli، گیاهخواران را غمگین نمی کند).

برای متخصصان زیبایی، وب بیوسنتزی خوب است زیرا پروتئین های آن باعث پاسخ ایمنی نمی شوند و باکتری ها روی سطح آنها رشد و تکثیر نمی شوند. این ویژگی ها حتی برای زیست پزشکی اهمیت بیشتری دارند و توسط ساختار اولیه پروتئین ها تعیین می شوند. الیاف ابریشم عنکبوت از پروتئین‌های اسپیدروین تشکیل شده‌اند که حاوی توالی‌های پپتیدی مکرر هستند که در کنار آن‌ها دامنه‌های منفرد غیر تکراری قرار گرفته‌اند که بیش از نیمی از باقی‌مانده‌های اسید آمینه آن گلیسین است. شاید محتوای بالای باقیمانده‌های گلیسین در حوزه‌های خارجی اسپیدروین‌ها (باقی مانده‌های اسید آمینه در داخل ساختار پروتئین‌های تار عنکبوت قرار دارند) است که ابریشم عنکبوت را زیست سازگار می‌کند. واقعیت این است که گلیسین کوچکترین گروه جانبی آن است که در تشکیل زنجیره پروتئین دخالت ندارد و از یک اتم هیدروژن تشکیل شده است و این احتمال شرکت باقی مانده گلیسین در واکنش های شیمیایی و فعل و انفعالات بین مولکولی را کاهش می دهد. به همین دلیل است که سلول‌ها نمی‌توانند به اسپیدروین‌ها متصل شوند و به همین دلیل است که ابریشم عنکبوت بیوتکنولوژیکی روی سطح دستگاه‌های پزشکی اعمال می‌شود تا اسپیدروین‌ها از آنها محافظت بیولوژیکی ایجاد کنند.

محققان از AM Silkآزمایش‌هایی را گزارش کنید که در آن پروتئین‌های ابریشم عنکبوت بر روی کاتترهای ساخته شده از پلی اورتان، پلی استایرن، پلی اتیلن و همچنین فلزات و سرامیک برای ایمپلنت‌ها اعمال شد. معلوم شد که چنین پوششی محافظت ضد باکتریایی خوبی را فراهم می کند و خطر عوارض را در هنگام استفاده از ایمپلنت های پلی سیلوکسان (سیلیکون) کاهش می دهد (Philip H. Zeplin et al. Spider Silk Coatings به عنوان محافظ زیستی برای کاهش تشکیل کپسول های فیبری اطراف پروتز // مواد کاربردی پیشرفته، 2014، 24، 2658–2666; doi: 10.1002/adfm.201302813). بیوفیلم های باکتریایی روی پوشش های وب بیوتکنولوژیکی بدتر از تفلون و فولاد رشد می کنند.

رشد بافت های بیولوژیکی

نام شرکت ژاپنی اسپایبر- سوئدی فن آوری های اسپایبرهنوز هیچ محصولی در بازار ندارد، در مرحله توسعه است و فقط به مقدار گرم پروتئین تولید می کند. بیوتکنولوژیست های این شرکت معرفی کردند E. coliتنها بخشی از ژن مسئول تولید اسپیدروئین است، به طوری که باکتری ها پروتئین هایی به اندازه یک دهم پروتئین های ابریشم بومی عنکبوت تولید می کنند. از این پروتئین ها برای ساخت داربست های مشبک یا متخلخل برای رشد هدفمند سلول های بنیادی، بازسازی بافت استخوانی و بهبود زخم استفاده می شود. سلول های پستانداران قبلاً با موفقیت در چنین ماتریس هایی کشت شده اند. اخیراً، محققان سوئدی داربست ابریشمی خود را با موتیف پیوندی مشخصه گلیکوپروتئین فیبرونکتین اصلاح کردند و دریافتند که سلول های پوست به طور موثرتری به این الگوی اصلاح شده متصل می شوند (Widhe M. et al. ماتریس // بیومواد, 2016, 74, 256–266; doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.10.013).

سلول ها معمولاً روی یک سطح صاف کشت می شوند، اما رشد بیشتر اندام ها و بافت ها به داربست های سه بعدی نیاز دارد. سیستم های متخلخل سه بعدی اسپیدروین های کوتاه شده با فعال کننده های رشد سلولی تعبیه شده در آنها از ماتریکس بافت تقلید می کنند و سلول ها را "فریب می دهند" و باعث رشد آنها در جهت دلخواه می شوند.

برای مثال، محققان در حال یادگیری رشد بخش‌های کوچکی از بافت پانکراس هستند که برای درمان دیابت لازم است. ماتریس های ابریشم عنکبوت درونکشتگاهیمی تواند پایداری کلنی های سلول های پانکراس انسان را به مدت سه ماه حفظ کند (Johansson U. et al. Pancreatic Islet Survival and Engraftment by Culture on Functionalized Spider Silk Matrices // PLoS One, 2015, 10, e0130169; doi: 10.1371/journal.pone.0130169). ماتریس سه بعدی نه تنها زنده ماندن سلول ها را تضمین می کند، بلکه تضمین می کند که آنها با تولید انسولین به تحریک با گلوکز پاسخ می دهند. با گذشت زمان، حجم بافت افزایش یافت و عروق بیشتری در آن ایجاد شد (شالالی N. D. و همکاران ماتریس های ابریشم تشکیل خوشه های جزایر مانند ترشح کننده انسولین را ترویج می کنند // بیومواد, 2016, 90, 50–61, doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.03.006) که شانس موفقیت پیوند را افزایش می دهد.

کار با همکاری اسپایبرآزمایشگاه آنا رایزینگ در دانشگاه رویال کارولینسکا سوئد از این مدل استفاده می کند ex vivoبررسی ویژگی های بازسازی بافت نخاع در حضور ابریشم عنکبوت. مطالعات نشان داده اند که بافت عصبی محیطی گوسفند به طور موفقیت آمیزی بر روی راهنماهای ابریشم عنکبوت رشد کرده است (Widhe M. et al. Invited مروری بر پیشرفت فعلی و محدودیت های ابریشم عنکبوت برای کاربردهای زیست پزشکی // پلیمرهای زیستی، 2012، 97، 6، 468-478، doi: 10.1002/bip.21715; افزایش الف. مونتاژ کنترل شده: پیش نیازی برای استفاده از ابریشم عنکبوت نوترکیب در پزشکی احیا کننده؟ // Acta Biomaterialia, 2014, 10, 4, 1627–1631, doi: 10.1016/j.actbio.2013.09.030).

تقلید از طبیعت

عنکبوت تار خود را با کمک غدد عنکبوتیه خاص می چرخاند - رشته ها از یک محلول پروتئینی بسیار غلیظ تشکیل می شوند، از این محلول عنکبوت ماده می تواند تا هفت نوع الیاف بچرخد. اخیراً، آزمایشگاه Rising پروتئین‌های نوترکیب ابریشم عنکبوت را تولید کرد که نه تنها دارای توالی‌های تکرار شونده مشابه پروتئین‌های طبیعی هستند، بلکه دارای ویژگی‌های N- و C-پایه‌های اسپیدروئین عنکبوت هستند (Andersson M. et al. Silk Spinning in Silkworms and Spiders // مجله بین المللی علوم مولکولی, 2016, 17, 8, pii: E1290. doi: 10.3390/ijms17081290). در حال حاضر، انتهای N و C اکثر اسپیدروین‌های بیوتکنولوژیکی مشابه اسپیدروین‌های طبیعی نیست، و با این حال تعدادی از دانشمندان، به عنوان مثال توماس شایبل از دانشگاه بایروث، معتقدند که این آغاز و پایان دوره است. زنجیره ای که برای تشکیل الیاف قوی از یک محلول آبی حیاتی است (Schacht K. et al. Biofabrication of 3D Structures Silk عنکبوت با سلول // Angewandte Chemie Int. اد.، 2015، 54، 2816–2820; doi: 10.1002/anie.201409846).

در حال حاضر، اکثر روش‌های آزمایشگاهی برای تبدیل پروتئین‌های ابریشم عنکبوت به الیاف مبتنی بر استفاده از هگزافلوئورویزوپروپانول است، حلالی سمی که نه تنها خطرناک است، بلکه می‌تواند به آرامی پروتئین‌ها را از بین ببرد و هزینه بالایی نیز دارد. همه اینها امکان استفاده صنعتی از آن را منتفی می کند. اخیراً روشی منتشر شده است که به اسپیدروین‌ها اجازه می‌دهد در آب خالص حل شوند و از آنها به فیبر تبدیل شوند (Jones J. A. و همکاران. بیوماکرومولکول ها, 2015, 16, 1418–1425; doi: 10.1021/acs.biomac.5b00226). محلول ریسندگی فیبر را می توان با استفاده از اجاق مایکروویو تهیه کرد، فرض بر این است که انحلال با اعمال دما و فشار حاصل می شود. شرکت‌هایی که در حال توسعه روش‌هایی برای ریسندگی الیاف از ابریشم عنکبوت هستند، رویکردهای خاص خود را ارائه می‌کنند که در مطبوعات آزاد منتشر نشده است، اما آنها همچنین ترجیح می‌دهند تارهای عنکبوت مصنوعی را از محلول آبی بکشند و استفاده از حلال‌های گران قیمت و خطرناک را به حداقل برسانند.

پروتکل آزمایشگاهی برای پردازش ابریشم عنکبوت بیوتکنولوژیکی شامل فرآیند ته نشینی و نمک زدایی از پروتئین ها است و آنها دناتوره می شوند. سپس پروتئین رسوب یافته و دناتوره شده از یک سوسپانسیون در محلول آبی-الکلی به یک ساختار فیبری تبدیل می شود. الیاف منفرد را می‌توان به رشته‌هایی از هشت تا بیست و چهار رشته تبدیل کرد و چنین نخ‌هایی از قبل برای استفاده عملی مناسب هستند. اما شرکت ها لزوماً مجبور نیستند تارها را بچرخانند - استفاده از اسپیدروین های بیوتکنولوژی به شکل پودر یا هیدروژل برای پوشش آسان تر است. تخمین زده می شود که یک کیلوگرم پروتئین عنکبوت برای ایجاد پوشش های ضد باکتری و ضد انعقاد برای چندین میلیون کاتتر (از یک تا ده - بسته به اندازه) کافی است. امید است تا پایان سال 2017، چنین تجهیزات پزشکی در 5 سال آینده روی حیوانات آزمایش شود، برخی از نمونه های آن توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) تایید شده و در بالینی استفاده شود. تمرین.

لباس مرد عنکبوتی

اسپیدروین های مصنوعی نه تنها در زیست پزشکی استفاده می شوند. قبلاً ذکر شد که استحکام کششی ابریشم عنکبوت بالاتر از کولار است، اما، متأسفانه، توانایی تغییر شکل الاستیک در پاسخ به بار مکانیکی به ما اجازه نمی دهد که اسپیدروین خالص را به عنوان ماده ای برای زره ​​بدن "طبیعی" در نظر بگیریم. . یک جلیقه ضد گلوله ساخته شده از ابریشم عنکبوت می‌گیرد و می‌ایستد، اما در آن زمان به احتمال زیاد از بدن بیرون می‌آید یا همراه با "زره بدن" در اندام‌های داخلی گیر می‌کند. مزیت الیاف آرامیدی که کولار از آنها ساخته می شود دقیقاً تغییر شکل نمی دهند. با این حال، کامپوزیت‌های اسپیدروین با آرامیدها یا فیبر کربن برای تولید عناصر ساختاری انعطاف‌پذیر و بادوام در خودروها یا هواپیماهای بدون سرنشین کاملاً مناسب هستند. ترکیباتی از ابریشم عنکبوت نوترکیب با نانوذرات سرامیکی وجود دارد که می‌تواند گازها و بخار آب را مسدود کند و مواد ایده‌آلی برای بسته‌بندی مواد غذایی بسازد (Doblhofer E. Structural Insights into Water-Based Spider Silk Protein - Nanoclay Composites with Excellent Gas and Water Vapor Barrier Properties // مواد و رابط های کاربردی ACS، 2016، 8، 25535–25543; doi: 10.1021/acsami.6b08287). در تولید آنها از مواد سمی استفاده نمی شود، پروتئین ها در آب حل می شوند و خود کامپوزیت شفاف و زیست تخریب پذیر است.

یکی دیگر از مزایای مهم ابریشم عنکبوت، ذوب نشدن آن است. بنابراین، منسوجات ساخته شده از نخ های عنکبوت، طبیعی یا بیوتکنولوژیکی به دست آمده، مورد توجه سازندگان تجهیزات ارتش است. تسمه های نایلونی کلاه ایمنی سربازان مدرن و سایر اقلام لباس وقتی در معرض دماهای بالا مانند ضربه های ناگهانی و نارنجک های زنده قرار می گیرند، می توانند ذوب شده و یا حتی به پوست جوش بزنند و باعث سوختگی جدی شوند. الیاف و منسوجات ساخته شده از تار عنکبوت مصنوعی به سادگی زغال می شوند، که خطر قرار گرفتن در معرض دمای اضافی پوست را کاهش می دهد - این همان چیزی است که ارتش را مورد علاقه خود قرار می دهد، که مایل به پرداخت بیشتر برای اطمینان از ایمنی پرسنل هستند. تا کنون، هزینه وب بیوسنتزی بالا است، و در میان لباس‌هایی که در رده قیمتی مقرون به صرفه هستند، بعید است که در آینده نزدیک چیزی با برچسب پیدا شود. "ابریشم عنکبوت"(محصولات با AliExpressبه حساب نمی آید، تولیدکنندگان می توانند هرچه می خواهند در مورد آنها بنویسند). با این حال، دو شرکت همچنان ریسک عرضه لباس های تولید شده از اسپیدروئین بیوتکنولوژیک را به بازار می پذیرفتند.

بنابراین، در سپتامبر 2015، یک شرکت تولید لباس ورزشی برای تفریح ​​فعال جبهه شمالیشروع به تبلیغ و آزمایش یک ژاکت طوفانی ساخته شده از ابریشم عنکبوت نوترکیب کرد. اولین نمونه ها قرار است در سال 2017 منتشر شوند. آنها از ابریشم عنکبوت از یک شرکت ژاپنی ساخته خواهند شد اسپایبر. نمایندگان شرکت ادعا می کنند که توانسته اند هزینه تولید الیاف اسپیدروین را به صد دلار در هر کیلوگرم کاهش دهند. با این حال، برای اینکه پارچه های ساخته شده از تار مصنوعی دیگر مورد توجه نخبگان قرار نگیرند، هزینه تولید نخ باید حداقل به اندازه ابریشم طبیعی کرم ابریشم (30 تا 70 دلار در هر کیلوگرم، بسته به کیفیت) باشد. شرکت اسپایبرامیدوار است که این هدف کاملاً قابل دستیابی باشد.

بنابراین، شرکت آلمانی قبلاً ذکر شده است AM Silkاز پروتئین های بیوسنتتیک ابریشم عنکبوت برای ساخت الیاف تحت نام تجاری استفاده می کند بیوستیل("بیوستیل"). مدیریت AM Silkما مطمئن هستیم که از این الیاف برای ساخت کفش و لباس و همچنین منسوجات برای صندلی ماشین و هواپیما استفاده می شود. در سال 2014، آدیداس خطی از کفش های ورزشی را معرفی کرد که تقریباً به طور کامل (به جز زیره) از الیاف ساخته شده بودند. بیوستیل.

بنابراین، تار جنگلی چسبناک راه طولانی را پیموده است و اکنون شرکت های شیمیایی جدید شبکه های قوی از آن می بافند که توانسته اند تولید یک ماده طبیعی شناخته شده را ایجاد کنند و کاربردهای زیادی برای آن پیدا کرده اند. شاید ده سال دیگر تولید تار بیوسنتزی آنقدر توسعه پیدا کند که از مشاوران یک فروشگاه لباس بپرسیم این بلوز از چه نوع ابریشم طبیعی ساخته شده است - کرم ابریشم یا عنکبوت. به طور طبیعی، اسپیدروین‌های ابریشم به بافتن شبکه‌های خود در جراحی، پزشکی احیاکننده و همچنین حوزه‌های جدیدی که ما هنوز از آنها آگاه نیستیم، ادامه خواهند داد. نگاه کنید، دستگاهی ظاهر می شود که می تواند رشته ای از تار بیوسنتزی را به منظور بالا رفتن از دیوارها یا بی حرکت کردن افراد بدخواه شلیک کند - و از همه مهمتر، انجام این کار بدون انتظار نیش یک عنکبوت جهش یافته رادیواکتیو امکان پذیر خواهد بود.