Sukurta milžiniško potencialo medžiaga - dirbtinio voratinklio gijos stipresnės už plieną ir tvirtesnės už kevlarą: kaip pavyko tą padaryti?

Vašingtono universiteto St. Louise profesoriaus Fuzhong Zhang vadovaujama tyrėjų komanda voratinkliais užsiima ne pirmą kartą. 2018 metais jo laboratorija sukūrė bakterijas, gaminančias rekombinantinį šilką, kurio mechaninės savybės nenusileido natūraliam. Tačiau paskui jie susimąstė, ar nepavyktų sintezuoti ką nors stipresnio.

Tam jie modifikavo šilko baltymo aminorūgšių grandines, kad suteiktų jiems naudingų savybių, rašo Phys.org.

Atlikti voratinklio gijų rekombinaciją problematiška, nes pagrindinis natūralių voratinklio gijų komponentus — beta-nanokristalus — sunku gauti, gerokai nepamodifikavus genų. „Vorai sugalvojo kaip megzti tinklus su reikiamu nanokristalų kiekiu, — sakė Zhang. — bet kai žmonės imasi austi dirbtines gijas, sintetinėse gijose nanokristalų dažnai būna mažiau, nei natūraliuose“.

Todėl mokslininkams teko modifikuoti šilką koduojančius genus, pridedant amiloidų grandines, labai linkusias sudaryti beta-nanokristalus. Jie sukūrė kitokius amiloidų polimerų baltymus iš gerai ištyrinėtų amiloidinių grandžių. Gautuose baltymuose buvo mažiau pasikartojančių aminorūgšių sekų, nei voratinkliuose, tai yra, bakterijoms buvo paprasčiau jas gaminti.

Taip buvo gautas hobridinis amiloidinis baltymas iš 128 pasikartojančių elementų. Tai mažiau nei ankstesniame mokslininkų kūrinyje – 192, – tačiau beta-nanokristalai su kaupu šį trūkumą kompensuoja dideliu stiprumu. Atsparumas nutrūkimui siekia apie 1 GPa, o vidutinis smūginis klampumas — 161 megadžaulis m³. Tokiomis savybėmis ši medžiaga pranoksta daugumą dirbtinių ir natūralių pluoštų, tarp kurių ir voro kryžiuočio voratinkliai.

Negana to, mokslininkai įsitikinę, kad medžiagos stiprumą galima dar gerokai padidinti: jie užsiėmė vos trimis amiloidų grandinėmis, o tarp tūkstančių kitų gali slypėti ir dar įdomesnės kombinacijos.

Supertvirtų baltyminių gijų paslaptį 2018 metais išpainiojo tyrėjai iš JAV, stebėdami vienus iš nuodingiausių vorų — juodąją našlę. Jų darbas atvėrė kelią tokių tvirtų ir lengvų medžiagų sintetinių medžiagų gamybai.

hightech.plus