Cuando las arañas giran sus redes, usan sus patas traseras para sacar su hilo de spinner de sus hilanderos. Esta acción de estiramiento no solo ayuda a la seda de lanzamiento de la araña, sino que también es un paso importante para fortalecer las fibras de seda para la red más sostenible.
En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad North Western han descubierto por qué el papel de la atracción es tan importante. Al imitar la seda de la araña en el modelo de computadora, el equipo descubrió que el proceso de extracción alinea las cadenas de proteínas dentro de las fibras y aumenta el número de enlaces entre estas cadenas. Ambos factores causan fibras fuertes y graves.
Luego, el equipo respaldó estas predicciones informáticas a través de experimentos de laboratorio utilizando seda de araña diseñada. Esto puede ayudar a los investigadores a diseñar proteínas afectadas por la seda y procesos de hilado para diversas aplicaciones, incluidas convulsiones fuertes y biodegradables y entrenadores físicos estrictos, de alto rendimiento y explosivos.
Este estudio se publicará en la revista el viernes (7 de marzo) Desarrollo científico
“Los investigadores ya sabían que esto para tirar, o dibujarlo para hacer fibras fuertes”, dijo el autor principal de la investigación de North Western. “Pero nadie sabe por qué. Con nuestros métodos informáticos, hemos podido investigar lo que está sucediendo en Nanoskal para obtener ideas que no se pueden ver experimentalmente. Podemos probar cómo el dibujo está relacionado con las propiedades mecánicas de la seda”.
“Las arañas realizan naturalmente el proceso de dibujo”, dijo el noroeste de Jacob Graham, el primer autor de esta investigación. “Cuando deambulan la seda de sus glándulas de seda, las arañas usan sus piernas traseras para atrapar y tirar de la fibra. Crea una fibra.
Experto de materiales bioquímicos, Jerome B Cohen Profesor de Cotton Engineering, profesor de ingeniería mecánica y presidente asociado y profesor de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería Macármica del Noroeste. Graham es un doctorado. Estudiante en el grupo de investigación de Cotton.
Más fuerte que el acero, más duro que el Caular
Los investigadores han estado interesados durante mucho tiempo en la seda de araña debido a sus características notables. Es más fuerte que el acero, más duro que el Caular y como una goma. Pero para su seda natural, la agricultura de araña es costosa, relacionada con la energía y difícil. Por lo tanto, los científicos quieren reproducir contenido de seda en el laboratorio.
Graham dijo: “La seda de la araña es la fibra orgánica más fuerte”. Por lo tanto, este es un material ideal para aplicaciones médicas. Se puede utilizar para heridas para ataques quirúrgicos y geles adhesivos, ya que se acosará en un cuerpo natural e inofensivo.
Francis F. Ahman Profesor de la Universidad de Washington (WASO) en estudio, estudio, ha estado haciendo ingeniería de microbios para producir contenido de seda de araña durante muchos años. Al eliminar y retirar proteínas de seda de araña diseñadas y luego tirarlas, el equipo ha desarrollado fibras artificiales como seda dorada y hilos de ropa de babe, una gran araña con una maravillosa red fuerte.
Estimar
A pesar de esta “guía” de la seda de la araña, los investigadores aún no entienden completamente cómo el proceso de hilado cambia la estructura y la fuerza de la fibra. Para hacer frente a esta pregunta abiertamente común, el algodón y Graham desarrollaron un modelo computacional para imitar la dinámica molecular en la seda artificial de Zhang.
A través de esta imitación, el equipo del noroeste descubrió cómo afectan los arreglos de proteínas dentro de las fibras. Específicamente, vieron cómo la propagación de la proteína, la relación de la proteína entre sí y el movimiento de las moléculas dentro de las fibras.
El algodón y Graham encontraron que la extracción de proteínas “se alinean”, lo que aumenta la resistencia a la fibra general. También descubrieron que la extracción aumentó el número de enlaces de hidrógeno, que actúa como puentes entre las cadenas de proteínas para hacer fibra. Los investigadores encontraron que el aumento de los enlaces de hidrógeno ayuda a la fuerza, la dureza y la flexibilidad de la fibra de fibra.
“Una vez que se elimina la fibra, sus propiedades mecánicas son realmente débiles”, dijo Graham. “Pero cuando su longitud temprana aumenta seis veces, se vuelve muy fuerte”.
Verificación experimental
Para verificar sus resultados computacionales, el equipo utilizó técnicas de espectroscopía para verificar cómo las cadenas de proteínas están propagadas y conectadas al equipo de WASU en fibras reales. También usó pruebas de tensel para ver cuántas fibras podrían tolerarse antes de que se rompiera. Los resultados experimentales están de acuerdo con las predicciones de imitación.
“Si no aumenta el contenido, tiene estos globos esféricos de proteínas”, dijo Graham. “Pero atraer a estos globos a una red conectada entre sí. Las cadenas de proteínas se apilan uno por encima del otro, y la red está cada vez más integrada. Las proteínas del paquete tienen más potencial para exponerlas y expandirlas antes de las roturas de fibra, pero tienen más potencial para expandirse, pero expandirse, pero expandirse.
Aunque Graham solía pensar que las arañas son extrañas, pero ahora ven su capacidad para ayudar a resolver problemas reales. Señaló que el ingeniero Spider Silk proporciona un reemplazo fuerte y biodegradable para otros materiales artificiales, en su mayoría derivados de plásticos de petróleo.
Graham dijo: “Definitivamente miro a las arañas bajo una nueva luz”. Ahora, los veo como una fuente de encanto.
“El estudio del proceso de dibujo fue apoyado por la National Science Foundation (números de subvención -2219142 y DMR -2207879).
