Волокна, произведенные микробами: Прочнее стали и кевлара

Аватар пользователя Mike1975

Цепочка из 128 белков - основа волокна с гигапаскальной прочностью, которая сильнее, чем обычная сталь.

Волокно паутины паука "паучий шёлк" считается одним из самых прочных и крепких материалов на Земле. Теперь инженеры Вашингтонского университета в Сент-Луисе разработали гибридные белки амилоидного шёлка и произвели их в искусственных инженерных бактериях. Полученные волокна прочнее и жёстче, чем некоторые натуральная паутина.

Их исследование было опубликовано в журнале ACS Nano.

Если быть точным, искусственный шёлк, получивший название "полимерное амилоидное волокно", был технически произведен не исследователями, а бактериями, которые были генетически созданы в лаборатории Фучжуна Чжана, профессора кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии Инженерной школы Маккелви.

Чжан и раньше работал с паучьим шёлком. В 2018 году его лаборатория спроектировала бактерии, которые произвели рекомбинантный паучий шелк с производительностью наравне с природными аналогами по всем важным механическим свойствам.

"После нашей предыдущей работы я задался вопросом, можем ли мы создать что-то лучшее, чем паучий шелк, используя нашу платформу синтетической биологии", - сказал Чжан.

Исследовательская группа, в которую входит первый автор Цзиняо Ли, аспирант лаборатории Чжана, изменила аминокислотную последовательность белков паучьего шелка, чтобы ввести новые свойства, сохранив при этом некоторые привлекательные черты паучьего шелка.

Проблема, связанная с рекомбинантным волокном паучьего шелка, без существенной модификации последовательности натурального паучьего шёлка, заключается в необходимости создания β-нанокристаллов, основного компонента натурального паучьего шёлка, который способствует его прочности.

"Пауки "придумали", как прясть волокна с желаемым количеством нанокристаллов", - сказал Чжан: "Но когда люди используют искусственные прядильные процессы, количество нанокристаллов в синтетическом шёлковом волокне часто ниже, чем в его естественном аналоге."

Микробные волокна: прочнее стали, прочнее кевлара

На этой диаграмме сравниваются прочность и вязкость различных натуральных и рекомбинантных шёлковых волокон. Красным цветом обозначено полимерное амилоидное волокно, разработанное в лаборатории Фучжуна Чжана. Вашингтонский университет в Сент-Луисе/Цзиняо Ли

Чтобы решить эту проблему, команда переработала белковую последовательность шёлка, введя амилоидные последовательности, которые имеют высокую склонность к образованию β-нанокристаллов. Они создали различные полимерные амилоидные белки, используя в качестве представителей три хорошо изученные амилоидные последовательности. Полученные белки имели менее повторяющиеся аминокислотные последовательности, чем паучий шёлк, что облегчало их производство искусственными бактериями. В конечном счёте бактерии произвели гибридный полимерный амилоидный белок со 128 повторяющимися единицами. Рекомбинантная экспрессия белка паучьего шёлка с аналогичными повторяющимися единицами оказалась трудной.

Чем длиннее белок, тем прочнее и жёстче полученная клетчатка. Белок в 128 единиц привел к созданию волокна с гигапаскальной прочностью (мера того, сколько силы требуется, чтобы сломать волокно фиксированного диаметра), которое прочнее обычной стали. Прочность волокон (мера того, сколько энергии требуется для разрушения волокна) выше, чем у кевлара и всех предыдущих рекомбинантных шёлковых волокон. Его прочность и жёсткость даже выше, чем у некоторых известных натуральных паучьих шёлковых волокон.

В сотрудничестве с Янг - Шин Цзюнем, профессором Кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии, и ее аспирантом Ягуан Чжу команда подтвердила, что высокие механические свойства полимерных амилоидных волокон действительно обусловлены повышенным количеством β-нанокристаллов.

Эти новые белки и полученные волокна - ещеё не конец истории высокоэффективных синтетических волокон в лаборатории Чжана. Они только начинают. 

"Это доказывает, что мы можем разработать биологические механизмы для производства новых материалов, которые превосходят лучшие материалы в природе", - сказал Чжан.

Авторство: 
Авторская работа / переводика
Комментарий автора: 

Не полимерами одними проложена дорога в будущее

А Завод Синтетического Волокна в Барнауле ликвидирован. А могли бы прясть и прясть.

Комментарии

Аватар пользователя Miguel_Gonsalez
Miguel_Gonsalez(6 лет 1 месяц)

Это и есть полимеры. Биологического происхождения только.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

Фактически да ! Высокомолекулярное вещество.

Аватар пользователя ВладиславЛ
ВладиславЛ(2 года 9 месяцев)

И их можно растворять и могут быть также из микробов живущих в людях которые смогут их употребляют в пищу, с небольшой модификацией или нет, примерно как у баранов есть бактерии расщепляющие целлюлозу. Были соответствующие работы кажется в США лет 10-20 назад.

Ну а так применение может быть опасно для людей.

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Теперь понятно как мы сдохнем. Задохнемся паутиной от бактерий.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

И нажуёмся каменной ваты.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)

Паучья паутина - последнее работающее средство при гноящихся ранах, если другие не помогают.

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

К паукам мы привыкли за пару эпох, а вот какие гнезда будут вить бактерии вопрос интересный.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)

К па­у­кам мы при­вык­ли за пару эпох

Более того - мы сами когда-то были пауками на кембрийских стадиях естественного отбора. Что не удивительно, т.к. наши бактериогфаги до сих пор сохраняют паучий паттерн.

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Это чего фсе люди пауки?

А почему такой детерминизм? Плетут и вяжут моряки и бабушки!

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)

А вы думали почему так популярен Спайдермэн?

И не только пауки, но ещё и коровы какие-нибудь, точнее - какие-то парнокопытные свиньи (типа индохиус и пакицет).

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Все таки хорошо что корова не паук!

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)
Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Я завис, у меня картина мира рухнула.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)

Эх! А так хорошо всё начиналось! smile12.gif

Аватар пользователя vadim144
vadim144(9 лет 7 месяцев)

    Можно еще мух на рану, весь гной выедят и слюнкой продезинфицируют. Только мухи должны быть небольшие и чистые.

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Только не мух, а личинок. Мухам крылышки отрывать тяжело раненому.

Аватар пользователя vadim144
vadim144(9 лет 7 месяцев)

smile11.gif

Мушек небольших от таких ран за уши)) не оттащить.

Аватар пользователя Тех Алекс
Тех Алекс(6 лет 1 месяц)

Бинт я бы не игнорировал. Неизвестно из чьей лепешки эти мушки прилетели.

А лучше какой нить мазью залить и ползти в сторону поликлиники.

Аватар пользователя vadim144
vadim144(9 лет 7 месяцев)

  Это то понятно, что к врачам.

      Я про народные средства.

Аватар пользователя Bruno
Bruno(5 лет 11 месяцев)

Можно, но это только отдельный отряд мух. Как и с пиявками - только один вид является медицинским для человека.

Аватар пользователя Pol Alex
Pol Alex(3 года 7 месяцев)

А Завод Синтетического Волокна в Барнауле ликвидирован. А могли бы прясть и прясть.

Ну ты вспомнил. Так он сдох в 90-х. Окончательно ликвидирован с распродажей недвиги в 2004г.

Аватар пользователя shprotas
shprotas(5 лет 5 месяцев)

В даугавпилсе тоже был завод хим.волокна. говорят производил 30% мирового рынка. Целенаправленно убили в начале 90ых. 

Аватар пользователя Просто Прохожий

просрали все полимеры

бактерии подтвердят

Аватар пользователя jawa
jawa(4 года 9 месяцев)

Прочнее стали и кевлара

Только всегда уточняйте, что кевлар и паутина прочнее стали только на разрыв при равной толщине нити

Тот же кевлар режется отточенным кухонным ножом легко и просто. И кстати кевлар со временем портится (где-то читал что за 10 лет чуть ли не полностью), а это волокно сохраняет свойства как долго?

Аватар пользователя iwm
iwm(8 лет 7 месяцев)

Просто чем больше органическая молекула - тем быстрее она ломается под воздействием ультрафиолета. Альпинисты свои верёвки с восхождения не забирают. Смысла нет, прочность потеряна, использовать нельзя. Весь Эверест захламили...

Аватар пользователя Лютич
Лютич(2 месяца 2 дня)

Альпинисты свои верёвки с восхождения не забирают. Смысла нет, прочность потеряна, использовать нельзя. Весь Эверест захламили...

Это отмазка, просто им бы свои телеса до лагеря как то дотащить, это очень трудно и так, а тут еще веревки эти. Но прочность конечно теряют, каждый сезон новые перила провешивают.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

Органическое явно не долго. Но применение может найти.

Аватар пользователя kuguar
kuguar(4 года 7 месяцев)

На кевлар гарантия от 5 до  7 лет по броникам. Ну так материалу больше 50 лет. 

Современные баллистические ткани типа "золотого текстиля" наоборот только крепче становятся со временем , примерно 2% за 10 лет.

Аватар пользователя Quimiq
Quimiq(2 недели 6 дней)

Паутина - это фибриллярный белок фиброин (аналог - шелк). Распадаться в природе будет, как распадаются белки - природной микрофлорой.

Кевлары (арамиды) - полиамиды, сополимеры фталевых кислот и фенилендиаминов. Никакая микрофлора их взять не может в принципе. В высшей степени устойчивы к гидролизу и высоким температурам. Разве что могут медленно деградировать при УФ-облучении (но это не точно)

Аватар пользователя shinshilo
shinshilo(3 года 5 месяцев)

Тот же кевлар режется ...

А горит то он как хорошо! Даже копоти не остается.

Аватар пользователя Инженер-сказочник

кевлар - коммерческое название стеклонаполненного полиамида

вечный покой сердце вряд ли обрадует

вечный покой - для седых пирамид

Пусть защитит от осколков снарядов нас

Стеклонаполненный полиамид

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

smile9.gif

Аватар пользователя pokos
pokos(8 лет 2 месяца)

Нету в кевларе никакого стекла. И не полиамид он, а пара-арамид.

Стеклом не его наполняют, а делают изделия. Смесовые ткани, по-нашему.

Аватар пользователя Quimiq
Quimiq(2 недели 6 дней)

Полиамиды - родовое название. Пара-арамид - один из полиамидов (сополимер терефталевой кислоты и пара-фенилендиамина)

Аватар пользователя jawa
jawa(4 года 9 месяцев)

Пусть защитит от осколков снарядов нас Стеклонаполненный полиамид

И поможет ему бронепластина из стали и керамики...

Есть только миг, ослепительный миг :)

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 8 месяцев)

И танки будут выращивать в чанах биореакторов.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

А может и космические корабли. Бактерии на орбите не будут тяготиться земным притяжением.

Аватар пользователя юрчён
юрчён(8 лет 8 месяцев)

А какашки сразу перерабатывать в жирные гамбургеры, красатенюшка же !

Главное что микробы не будут тяготиться этим, это да.

И вообще, биотех это будет новый пиар и новый мощный инструмент после пиара нанотехнологий. Ну это для тех кто понимает, без сарказма.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

У меня в теплице навоз перерабатывается в помидор для салата - ничего нового и неожиданного. Просто лишние промежуточные операции в виде вегетации.

Аватар пользователя BarBoss
BarBoss(6 лет 8 месяцев)

Навоз перерабатывается в помидор для салата? Зачем усложнять? У меня сразу в салат.

Аватар пользователя выхухоль
выхухоль(6 лет 5 месяцев)

А начиналось всё это с козы. Вывели козу с паучьими генами и из её молока получали белок для паутины.

Бактерии основа жизни на Земле и её разнобразия. Вчера смотрел фильм про них. Там рассказывали про бактерии, которые сами отращивают проводок для передачи электрона при питании. Рисовали схему как и биоотходов получать электричество напрямую. Побочным остатком этого процесса является - водород Бактериальные электро элементы скоро в ваших смартфонах и Теслах, вместо аккумуляторов :)

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

И этих Томагочей придётся кормить. Заехал на кукурузное поле на Тесле и заряд пошёл.

Аватар пользователя выхухоль
выхухоль(6 лет 5 месяцев)

Неа, помните как профессор из "Назад в будущее", бросал в бак всякий мусор, банки-жестянки

Аватар пользователя IgnisSanat
IgnisSanat(5 лет 4 месяца)

Китайцы, однако. Забрались туда, но своих аспирантов - из Китая. Юзают ихние фонды. А как думаете, утечет ли все это в Китае? Я не удивлюсь, если какая-то китайская компания станет предлагать на рынке ммм, скажем противопедерастических трусов, усиленных нанокристаллами. Шучу. Есть где использовать такие волокна. Полагаю, в медицине будут довольны.

Аватар пользователя Mike1975
Mike1975(2 года 8 месяцев)

Тот же экзоскелет.

Аватар пользователя viewer
viewer(8 лет 9 месяцев)

Безобразие! Почему не все полимеры просраны!?

Аватар пользователя IgnisSanat
IgnisSanat(5 лет 4 месяца)

Так срут же! Бактерии. Только мааалененькими такими какашками.

Аватар пользователя DioDao
DioDao(7 лет 4 месяца)

Надо кормить бактерий графеновыми нанотрубочками, тогда у них вообще фантастический выхлоп будет

Аватар пользователя tualan05
tualan05(3 года 1 месяц)

Волокно паутины паука "паучий шёлк" считается одним из самых прочных и крепких материалов на Земле. Теперь инженеры Вашингтонского университета в Сент-​Луисе разработали гибридные белки амилоидного шёлка и произвели их в искусственных инженерных бактериях. Полученные волокна прочнее и жёстче, чем некоторые натуральная паутина

Только brekotinу не говорите, а то американская компетенция всё падает и падает, как и японская

20 июня 2021
В Японии нашли способ снизить стоимость «зеленого» водорода на две трети
С 10 до 3 долларов за килограмм
Японские компании Eneos и Chiyoda намерены построить завод, который будет производить водород без выбросов углекислого газа и всего за одну треть нынешних затрат на производство водорода. Ожидается, что это станет прорывом в стремлении страны к декарбонизации.
Завод будет использовать запатентованную технологию электролиза, которая позволит значительно снизить необходимые инвестиции. Целью предприятия является снижение цены на водород примерно до 3 долларов за килограмм. Eneos и Chiyoda рассматривают Австралию и другие регионы в качестве кандидатов на строительство завода в 2030 году
Метод, разработанный Eneos и Chiyoda, обеспечивает электролиз воды и толуола одновременно, а не посредством отдельных процессов, с образованием метилциклогексана (C7H14). Такое упрощение процесса вдвое сокращает капиталовложения в оборудование.
https://www.ixbt.com/news/2021/06/20/v-japonii-nashli-sposob-snizit-stoi...

 

Аватар пользователя iwm
iwm(8 лет 7 месяцев)

Просто нашли способ транспортировки водорода, из С7Н8 делают С7Н14, перевозят в цистернах и в приёмнике обратно 3Н + С7Н8. Толуол фактически туда-сюда возить получается дешевле, чем сжатый водород в одну сторону. Энергозатраты на электролиз те же, законы сохранения никто не отменял.

Страницы