Паутина удивительно прочна — только недавно люди научились делать нити, прочностью превышающие паутину. Российские ученые создали материал, который помогает предотвращать бактериальные инфекции после операции. Они объединили паутину и наноматериал — углеродные точки.
Началось массовое производство паутины в промышленности
| Биологи определили молекулярную структуру паутины | Если ученые смогут воспроизвести кристаллическую микроструктуру, которая делает паутину такой особенной, то это откроет множество возможностей в производстве новых синтетических материалов, например, волноводов, или материалов. |
| Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал | Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. |
Почему паутина такая липучая
Различают как пушистые и мягкие, так и жесткие и твердые Известен тот факт, что пауки делают разного рода рисунки в виде спиралей, крестов и т. Но этим занимаются далеко не все пауки, а только некоторые подвиды, так называемые аранеоморфные пауки. Добыча в такие «расписные узоры» попадается чаще. Прядильный аппарат паука На рисунке ниже представлен прядильный аппарат паука-крестовика, на котором наглядно представлено как пауки плетут паутину.
Их функции сводятся к защите паутины от грибков и бактерий и, вероятно, созданию условий для образования самой нити в железах. Отличительная особенность паутины — экологичность. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека. Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни — для ловчих «сетей», другие — для собственного перемещения, третьи — для сигнализации и т. Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать.
А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков. Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал? Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара — арамидного волокна: получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям. Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения.
Кроме того, волокна стали более эластичными, повысилась их тягучесть. Чтобы разорвать нить, теперь необходимо было предпринять в десять раз больше усилий в случае с титаном, в девять раз — с алюминием и в пять раз — с цинком. Группа исследователей полагает, что металлы взаимодействуют с белковой структурой паутины, образуя прочные ковалентные поперечные связи между аминокислотными полимерами внутри шёлка. Обычно эти полимеры соединяются только более слабыми водородными связями.
Целью этих работ являлось получение протеинов паутины биотехнологическим способом. Особенно интересным вопросом было то, как пауки плетут свои гнезда, в том числе и для профессора Томаса Шайбеля Thomas Scheibel. Биохимик занялся изучением химических и механических процессов, происходящих при плетении паутины. Специалист захотел найти способ технически скопировать эти процессы и достиг поставленной цели. Через два года ученые расшифровали молекулярную базу производства нитей паутины в фильере. В 2011 году ученые наконец смогли продемонстрировать механизмы, за счет которых обеспечивается очень высокая жесткость паутины паука. Первая в мире искусственная паутина была представлена в 2013 году и получила название Biosteel. Волокна Biosteel получаются в результате процесса прядения.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Ранее специалисты предполагали, что долгое разложение паутины связано с её антибактериальными свойствами. Однако в результате исследования, проведённого учёными из Тунхайского университета, была выявлена другая причина. Специалистами была изучена паутина трёх тропических пауков - Nephila pilipes, Cyrtophora moluccensis и Hippasa holmerae. В ходе эксперимента учёные поместили паутину в чашки Петри и вырастили на ней четыре вида бактерий, которые вступили в контакт с секретом.
Ее прочность в пересчете на один квадратный миллиметр сечения позволяет выдержать 260 кг, она прочнее и намного легче стали. И все же ученые предприняли попытку превзойти природные показатели этого материала. С помощью метода атомно-слоевой эпитаксии atomic layer deposition, ALD в структуру волокон были внедрены атомы металлов: цинка, титана и алюминия. Идея такого подхода была также позаимствована у природы: как известно, насекомые и некоторые другие организмы в составе прочных тканей ротового аппарата и когтей имеют существенные включения металлов, таких как цинк, марганец и медь. Обработка волокон по классической методике ALD с образованием оксидов металлов на поверхности не привела к существенному упрочнению материала.
У паука-крестовика, например, таких трубочек около 500-550. Паутинные железы вырабатывают жидкое вязкое вещество секрет , состоящее из белка.
Этот секрет обладает способностью мгновенно затвердевать на воздухе. Поэтому, когда белковый секрет паутинных желез выделяется через прядильные трубочки, он застывает в форме тонких нитей. Паук-крестовик со вскрытой брюшной полостью 2. Паутинные бородавки паука Паук начинает прясть свою паутину так: он прижимает паутинные бородавки к тому месту, откуда собирается начать плетение паутины. При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к этому месту. Затем паук продолжает вытягивать вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног.
Как заверяют исследователи, такие нити превзойдут существующие аналоги по ряду характеристик, а также смогут выявить наличие патогенных микроорганизмов, возникающих после хирургических операций. Об этом пишет RT на русском. Для разработки нового материала использовали паутину тигровых пауков. Ее очистили от продуктов жизнедеятельности, после чего поместили в реакционный аппарат.
Объект исследований - паутина
Как паук делает паутину. Плетение паутины пауком. Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву. Текстура паутины появилась ещё в ранних версиях Survival Test, но не использовалась до Beta 1.5. Вот точно так же делает паутину паук.
Откуда пауки берут паутину?
| Исследование показало, почему паутина не гниет | Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. |
| Паутина: гены и перспективы использования в производстве материалов | Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной. |
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. |
| Как пауки делают паутину | Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. |
| Как паутина может собирать воду | Команда российских исследователей создала уникальный материал, способный заживлять раны человека и ускорять его выздоровление. Он сделан на основе «искусственной паутины». Это совместная разработка НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова. |
Ученые узнали, почему паутина не гниет
заменили на паутину 5 сантиметров нервной ткани на ее задней ноге. Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Известно, что паутина прочнее и легче, чем сталь, однако ученые из Института Микроструктурной Физики Макса Планка в Германии еще больше усилили ее. Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе.
Сверхэластичный и прочный материал: ученые создали аналог паутины, на 98% состоящий из воды
При этом диски-крепления, использовавшиеся для того, чтобы удержать паука на листе клена, часто могли быть легко сняты полностью. Биологи связывают эту разницу с тем, что растения обычно имеют микроструктуры или воск, который мешает насекомым ходить по ним. Ученые уверены, что их исследования помогут создать высокоэффективные и экологичные клеящие вещества.
Их функции сводятся к защите паутины от грибков и бактерий и, вероятно, созданию условий для образования самой нити в железах. Отличительная особенность паутины — экологичность.
Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека. Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни — для ловчих «сетей», другие — для собственного перемещения, третьи — для сигнализации и т. Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать.
А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков. Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал? Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара — арамидного волокна: получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура.
Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям. Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения.
Ну а само это слово — белок — подсказывает, что пауки сами же и производят паутину.
Для этого у них есть специальные паутинные железы. Образующееся в них белковое вещество жидкое, но, едва выйдя на воздух, сразу же застывает, превращаясь в тончайшую нить. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Но самые сложные «колесообразные» конструкции для ловли добычи создают пауки-кругопряды.
У них и паутинных желез больше, чем у других пауков, поэтому паутинная нить получается… шести разных типов.
Образцы паутинного шёлка без наноточек слева и с ними справа. NEWS Исследователи уже провели эксперименты в лабораторных условиях. Они нанесли на материал три самых распространённых патогена — кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре. Учёные планируют внедрить свою разработку в производство. По их мнению, хирургические нити из нового материала помогут врачам оперативно выявлять появление патогенов на месте раны и вовремя останавливать развитие послеоперационной инфекции.
Ошибка в тексте?
Структура, состав и виды паутины
Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей.
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Вот точно так же делает паутину паук.