211service.com
Vorams atsparių medžiagų gamyba
Tyrėjai dešimtmečius bandė sukurti dirbtinį vorų šilką – lengvą, kietesnę už plieną medžiagą, kurią būtų galima pritaikyti pramonėje. Siekdami šio tikslo, Tuftso universiteto mokslininkai sukūrė genetiškai modifikuotus mikrobus, kurie gamina daugiau baltymų, reikalingų vorų šilkui gaminti, nei bet kada anksčiau.
Mikrobinis šilkas: Šis pluoštas pagamintas iš aukštos kokybės vorų šilko baltymų, kuriuos gamina genetiškai modifikuotos bakterijos.
Dragline šilkas – tokio tipo vorai, kuriuos naudoja savo tinklelių ratlankiams ir stipinams – yra kietesnis ir daug lengvesnis nei plienas. Sukurtos bakterijos gali gaminti baltymus, reikalingus šiam šilkui sintetinti, kuris susukamas kartu, kad susidarytų pluoštai. Tačiau ankstesnės pastangos gaminti vorų šilką naudojant bakterijas buvo žlugdomos dėl kelių priežasčių. Pirma, mokslininkai turėjo neišsamų dragline šilko genų sekos vaizdą. Antra, jiems pavyko ribotai modifikuoti bakterijas, kad jos pagamintų pakankamai baltymų.
Davidas Kaplanas , Tuftso universiteto Biomedicininės inžinerijos katedros vedėja, pradėjo naudoti šilkaverpių šilką medicinos prietaisuose, biologiškai skaidžioje elektronikoje, optiniuose įrenginiuose ir klijuose. Jis mano, kad vorų šilkas, kuris yra stipresnis už šilkaverpių veislę, galėtų atverti naujų pritaikymų, tačiau sako: jis nebuvo tiek ištirtas, nes neturėjome pakankamai medžiagos. Vorai yra agresyvūs ir teritoriniai, todėl jų negalima auginti kaip šilkaverpių.
Bioinžinieriams pavyko tik nežymiai priversti mikrobus gaminti vorų šilko baltymus. Chemijos milžinas DuPont dešimtajame dešimtmetyje nesėkmingai bandė sukurti bakterijų gaminamą šilko gaminį. Dalis problemos yra ta, kad vorų šilkas yra pagamintas iš labai didelio baltymo su labai pasikartojančia genetine seka, todėl jį sunku iššifruoti, sakoma. Christopheris Voigtas , farmacinės chemijos profesorius Kalifornijos universitete, San Franciske.
Praėjusiais metais mokslininkai, naudodami naujas sekos nustatymo technologijas, sukūrė pirmąją pilną genetinę vorų šilko seką. Prieš tai mokslininkai buvo priversti naudoti sutrumpinto šilko genus, o naudojant šiuos genus pagaminti pluoštai nebuvo tokie tvirti ir kieti kaip natūralus šilkas.
Net ir turint visą dragline šilko genų seką, dirbtinio šilko gamyba yra iššūkis. Norint pagaminti pakankamai baltymų, reikia didesnio pradinės medžiagos kiekio nei natūraliai yra bakterijose. Dirbdamas su Korėjos pažangiojo mokslo ir technologijų instituto Tedžone ir Seulo nacionalinio universiteto mokslininkais, Kaplanas pridėjo visą šilko geną. E. coli ir tada pakeitė bakterijų baltymų gamybos būdą, kad jos pagamintų pakankamai aminorūgščių, reikalingų šilko gamybai. Anksčiau sukurtos bakterijos galėjo pagaminti tik dešimtis miligramų baltymų viename litre. Kaplano E. coli išeiga nuo vieno iki dviejų gramų litre.
Jie tai aiškiai parodė E. coli gali pagaminti šiuos didelius baltymus ir suprojektavo juos taip, kad turėtų tam reikalingų išteklių, sako Randy'is Lewisas , Vajomingo universiteto molekulinės biologijos profesorius. Lewisas prognozuoja, kad per kelerius metus bus galima panaudoti bakterinę sistemą kilogramams dirbtinio voro šilko pagaminti.
Kaplanas sako, kad tai jo planas. Norėtume tai paversti nuolatiniu gamybos procesu, sako jis.
Kaplanas teigia, kad dabar reikia efektyvesnių metodų, kaip baltymus paversti skaidulomis. Naudodama verpimo metodus, panašius į tuos, kurie naudojami polimeriniams pluoštams, pvz., poliesteriui, gaminti, jo grupė sukūrė pluoštus iš komandos baltymų, kurių stiprumo, elastingumo ir kietumo savybės yra panašios į natūralų šilką. Tačiau, kadangi vorų šilko baltymai yra smulkūs ir netirpūs vandenyje, norint juos susukti į pluoštus, reikia apdoroti aukštoje temperatūroje ir naudoti atšiaurius tirpiklius.
Skaiduloms sujungti reikia daug energijos, sako Kaplanas. Medžiagų mokslininkai norėtų gaminti šilko pluoštus taip, kaip tai daro vorai: aplinkos temperatūroje, be šiurkščių tirpiklių.
Siekiamas naujas požiūris į problemą Lukas Lee , Kalifornijos universiteto Berklio molekulinių nanotechnologijų centro direktorius. Jis kuria sukimosi sistemas, kuriose yra mikroskysčių kanalų, skirtų užtikrinti druskos ir tirpiklių gradientus, esančius vorų liaukose. Paskambino įmonė Perdirbtos medžiagos , kurį įkūrė Lee’s ir Voigt’s studentai, taip pat sprendžia sukimosi problemą.