Wetenschap
De toevoeging van kaliumfosfaat zorgt ervoor dat de kunstmatige MaSp2-eiwitten condenseren tot grote druppels met een hoge dichtheid. Krediet:Universiteit van Kyoto/Numata Lab
Van alle spannende onderwerpen op het gebied van materiaal- en biochemisch onderzoek, een van de heetste veruit is het ontrafelen van de mysteries van spinnenzijde.
Vaak beweerd 'sterker dan staal' te zijn, de op eiwit gebaseerde vezels hebben het potentieel om de materiële wereld zoals we die kennen te veranderen. Echter, ondanks tientallen jaren van onderzoek, niemand is in staat geweest om spinnenzijde massaal te produceren, vooral omdat de exacte methode van hoe het is gemaakt nog steeds in nevelen gehuld is.
In een stap naar het begrijpen van zijn innerlijke werking, onderzoekers van de Graduate School of Engineering van de Universiteit van Kyoto rapporteren over een nieuw model voor het assembleren van spinzijde, melden dat de sleutel tot spinnenzijde 'spinnen' is een combinatie van verzuring en een proces dat bekend staat als vloeistof-vloeistof fasescheiding, of LLPS.
"Spiderzijde is gemaakt van eiwitten die spidroïne worden genoemd. De spin heeft een klier die dicht is gevuld met spidroïne in vloeibare toestand, dope genaamd, " legt Ali D Maleis, de eerste auteur van de studie, uit, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .
"Deze vloeistof wordt snel omgezet in de taaie en structureel complexe zijde. Om te onderzoeken hoe dit precies wordt gedaan, besloten we terug te gaan naar de tekentafel en naar spidroins zelf te kijken. Dus ontwikkelden we kunstmatige spidroins die sterk lijken op die in de natuur. "
Het ontwikkelen van het eiwit was geen gemakkelijke taak, maar ze kwamen terecht op het gebruik van een specifieke spidroïne genaamd MaSp2, een van de meest voorkomende spinnenzijde-eiwitten, en die in water oplosbaar zijn.
Na het isoleren van hun kunstmatige spinzijde-eiwit, het team begon zijn activiteit onder verschillende chemische omstandigheden te observeren, met de bedoeling te begrijpen welke belangrijke chemische veranderingen nodig zijn om de vloeibare fase vast te laten worden.
"We zagen voor het eerst dat het eiwit zich in kleine clusters verzamelde, maar toen we kaliumfosfaat toevoegden, begon het onmiddellijk te condenseren tot grote druppels met een hoge dichtheid, " legt Maleis uit. "Dit is een fenomeen dat bekend staat als vloeistof-vloeistoffasescheiding - het komt vrij vaak voor in cellen - en het is wanneer vloeistofdruppels hun grootte en dichtheid veranderen in overeenstemming met de omgeving."
Maar dit was slechts een deel van de puzzel. Wat is er nodig om van deze vloeibare fase de zijdevezels te maken die we zo goed kennen? De sleutel was de pH. Toen het team de pH van de oplossing verlaagde, de klodders begonnen samen te smelten, vormen een fijn netwerk van vezels.
Zowel LLPS als glasvezelnetwerkvorming gebeurde zo spontaan dat het in realtime zichtbaar was. Bovendien, toen het glasvezelnetwerk onder mechanische spanning kwam te staan, begon het zichzelf te organiseren in een hiërarchische structuur, net als spinrag.
"Spinnenzijde overtreft tegenwoordig vaak de meest geavanceerde door de mens gemaakte materialen, en het maken van deze synthetische vezels is vaak afhankelijk van schadelijke organische oplosmiddelen en hoge temperaturen. Wat hier ongelooflijk is, is dat we spinnenzijde konden maken met water als oplosmiddel, en bij omgevingstemperaturen, " concludeert Keiji Numata die de studie leidde.
"Als we kunnen leren de mechanismen van spinnenzijde spinnen na te bootsen, het zou een grote impact kunnen hebben op de toekomst van de maakindustrie."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com