Istraživači su uspeli da stvore uređaj koji vrti veštačku paukovu svilu koja se u potpunosti podudara sa onim što pauci prirodno proizvode. Veštačka svilena žlezda je uspela da ponovo stvori složenu molekularnu strukturu svile oponašajući različite hemijske i fizičke promene koje se prirodno dešavaju u svilenoj žlezdi pauka.
Ova ekološka inovacija je veliki korak ka održivosti i mogla bi da utiče na nekoliko industrija. Studija, koju je vodio Keiji Numata iz RIKEN Centra za nauku o održivim resursima u Japanu, zajedno sa kolegama iz RIKEN Pionirskog istraživačkog klastera, objavljena je u časopisu Nature Communications.
Poznata po svojoj snazi, fleksibilnosti i maloj težini, paukova svila ima zateznu čvrstoću koja je uporediva sa čelikom istog prečnika, i odnos snage i težine koji je neuporediv. Dodatno tome, biokompatibilan je, što znači da se može koristiti u medicinskim aplikacijama, kao i biorazgradiv. Pa zašto nije sve napravljeno od paukove svile? Velika berba svile od pauka pokazala se nepraktičnom iz nekoliko razloga, ostavljajući naučnicima da razviju način da se proizvede u laboratoriji.
Paukova svila je biopolimerno vlakno napravljeno od velikih proteina sa veoma ponavljajućim sekvencama, nazvanim spidroini. Unutar svilenih vlakana nalaze se molekularne podstrukture koje se nazivaju beta listovi, koji moraju biti pravilno poravnati da bi svilena vlakna imala svoja jedinstvena mehanička svojstva. Ponovno stvaranje ove složene molekularne arhitekture godinama je zbunjivalo naučnike. Umesto da pokušavaju da osmisle proces od nule, naučnici RIKEN-a su zauzeli pristup biomimikriji.
Kako Numata objašnjava: „U ovoj studiji pokušali smo da imitiramo proizvodnju prirodne paukove svile koristeći mikrofluidiku, koja uključuje protok i manipulaciju malim količinama tečnosti kroz uske kanale. Zaista, moglo bi se reći da paukova svilena žlezda funkcioniše kao neka vrsta prirodni mikrofluidni uređaj“.
Uređaj koji su razvili istraživači izgleda kao mala pravougaona kutija sa sićušnim kanalima urezanima u nju. Rastvor prekursora spidroina se stavlja na jedan kraj, a zatim povlači prema drugom kraju pomoću negativnog pritiska.
Kako spidroini teku kroz mikrofluidne kanale, oni su izloženi preciznim promenama u hemijskom i fizičkom okruženju, koje su omogućene dizajnom mikrofluidnog sistema. Pod pravim uslovima, proteini su se sami sastavljali u svilena vlakna sa svojom karakterističnom složenom strukturom.
Istraživači su eksperimentisali da pronađu ove ispravne uslove i na kraju su uspeli da optimizuju interakcije između različitih regiona mikrofluidnog sistema. Između ostalog, otkrili su da upotreba sile za guranje proteina kroz njih nije uspela; samo kada su koristili negativan pritisak za izvlačenje rastvora spidroina, mogla su se sklopiti neprekidna svilena vlakna sa ispravnim signalnim poravnanjem beta listova.
„Bilo je iznenađujuće koliko je mikrofluidni sistem bio robustan, kada su različiti uslovi uspostavljeni i optimizovani“, kaže viši naučnik Ali Malaj, jedan od koautora rada. „Sklapanje vlakana bilo je spontano, izuzetno brzo i veoma ponovljivo. Važno je da su vlakna pokazala izrazitu hijerarhijsku strukturu koja se nalazi u prirodnim svilenim vlaknima.“
Mogućnost veštačke proizvodnje svilenih vlakana ovom metodom mogla bi da pruži brojne prednosti. Ne samo da može pomoći u smanjenju negativnog uticaja koji trenutna proizvodnja tekstila ima na životnu sredinu, već je biorazgradiva i biokompatibilna priroda paukove svile čini idealnom za biomedicinske primene, kao što su šavovi i veštački ligamenti.
„U idealnom slučaju, želimo da imamo uticaj u stvarnom svetu“, kaže Numata. „Da bi se to dogodilo, moraćemo da povećamo našu metodologiju proizvodnje vlakana i učinimo je kontinuiranim procesom. Takođe ćemo proceniti kvalitet naše veštačke paukove svile koristeći nekoliko metrika i odatle napraviti dalja poboljšanja.“
