?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Паутина удивительно прочна — только недавно люди научились делать нити, прочностью превышающие паутину. В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
| Материал прочнее паутины | Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. |
| Как паутина может собирать воду | Как паук делает паутину. Плетение паутины пауком. |
| Структура, состав и виды паутины | Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. |
Из чего сделана паутина?
Вот точно так же делает паутину паук. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства.
Где образуется и откуда выходит
- Структура, состав и виды паутины
- Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
- Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой - новости экологии на ECOportal
- «Суперсила появится!»: Учёные создали шёлковую синтетическую паутину
Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука?
В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Возглавлявший одну из исследовательских групп Томас Шайбель Thomas Scheibel из Университета Байройт Германия отмечает, что исследователи достаточно быстро пришли к выводу о том, что аланин и глицин, а также другие основные структурные элементы спидроина не могут контролировать образование волокон паутины из белкового раствора. Для того чтобы ответить на вопрос о механизме образования волокон, исследователи решили обратить пристальное внимание на концевые домены белка паутины уже сравнительно давно известно, что концевые домены белка контролируют самоорганизацию других белков, как, например, коллагена. Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен.
Различные концевые домены спидроина оказывают различные эффекты. Кесслер поясняет, что С-концевые домены образуют димеры за счет дисульфидных мостиков.
Ученые видят высокий потенциал нового метода упрочнения и повышения эластичности как конструкционных, так и биоматериалов. Работа затрагивает в первую очередь белковые структуры — уже появились идеи применить новый метод к коллагеновым волокнам — важным элементам костной ткани и кожи. Паук за работой Выделительные железы паука Различные виды паутины Безусловно, создание технологии получения промышленного количества высокопрочных материалов на основе природного паучьего шелка не входит в планы исследователей, однако тенденции применения нового подхода к упрочнению различных материалов, таких как искусственные кости и сухожилия, конструкционные материалы для авиа- и космических летательных аппаратов подразумевают высокую технологическую значимость открытия. Мария Костюкова.
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. Согласно информации AMSilk, такие бионические волокна с высокими эксплуатационными характеристиками являются полностью биоразлагаемыми. Компания отмечает, что, помимо этого, волокна напоминают шерсть тем, что они способны поглощать и передавать влагу, а также обладают антимикробными свойствами.
Команда профессор Чжана Фучжона из Вашингтонского университета в Сент-Луисе работала с паутиной и раньше. В 2018 году его лаборатория создала бактерии, которые вырабатывали рекомбинантный паучий шелк, который не уступал природным аналогам по всем важным механическим свойствам. Но затем они задумались, нельзя ли синтезировать нечто более прочное. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Для этого они модифицировали цепочки аминокислот в белке шелка, чтобы добавить ему новые свойства, сохранив при этом некоторые полезные качества, пишет Phys. Проблема с рекомбинантным волокном паутины в том, что главный компонент натуральных паучьих нитей — бета-нанокристаллы — трудно получить без значительной генной модификации. Поэтому ученым пришлось модифицировать гены шелка, введя амилоидные цепочки с высокой склонностью к образованию бета-нанокристаллов.
Из чего сделана паутина?
Некоторые пауки оплетают паутиной стенки норки. Из паутины паук плетет липкие ловчие сети для поимки добычи. Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины. Пуки используют паутину и для путешествий - из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. В зависимости от цели использования паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины. По химическому составу и физическим свойствам паутина близка к шелку тутовых шелкопрядов и гусениц, только она гораздо прочнее и эластичнее: если нагрузка разрыва для гусеничного шелка составляет 33-43 кг на 1 мм2, то для паутины - от 40 до 261 кг на мм2 в зависимости от вида! Паутину могут выделять и другие паукообразные, например, паутинные клещи и ложноскорпионы. Однако подлинного мастерства в плетении паутины достигли именно пауки.
Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. Вначале создается «фундамент» — нижние внешние тяжелые нити, в форме неправильного четырехугольника. Следующими конструируются спицы колеса, поддерживающие 3—4 витка спирали. В последнюю очередь появляются густо заполняющие пустое пространство липкие спирали. Другой вид паутины называется листовой паутиной. Это плоские воронкообразные или куполообразные поверхности волокон. Паук живет с обратной стороны. Оно находится сверху. Это придает норе удобство, маскируя его под ветки и почву.
Тогда, несколько изменив методику, ученым удалось добиться проникновения ионов металлов внутрь волокна, а также встраивания металла в его белковую структуру. Такой паучий шелк стал в 10 раз более прочным, и существенно эластичнее исходного природного материала. Точный механизм полученного эффекта ученым еще не известен. В то же время наиболее вероятным объяснением может служить гипотеза о том, что атомы металла заменяют водородные связи между белками, формируя более прочные взаимодействия в волокнах. Результаты этого исследования, проведенного в Институте Микроструктурной Физики Макса Планка Max Planck Institute of Microstructure Physics, Германия , были благосклонно встречены научным сообществом и опубликованы в журнале Science.
На эту основу накладывается слой липкого слизистого секрета древовидных желез. Вскоре после формирования этих нитей покрывающий их слой слизистого вещества фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя маленькие сферические капельки, унизывающие нить на всем ее протяжении рис. Последние не видны простым глазом, но становятся заметными, когда на них конденсируется вода например, осенью во влажную холодную погоду. Пауки, не делающие тенет правильной геометрической формы, все же прядут клейкие ловчие сети паука. Состав паутиновых нитей Вещество паутины близко к щелку гусениц шелкопрядов тутового, дубового и др. Основу паутинового шелка, как и шелка гусениц, составляет не растворяющийся в воде фиброин. Физические свойства паутины Физические свойства паутиновых нитей тоже близки к таковым гусеничного шелка. Однако шелк пауков отличается гораздо большей прочностью. Нагрузка в килограммах на 1 мм2, вызывающая разрыв и выражающая прочность нити, у разных пауков колеблется от 40 до 261 у некоторых Araneus , тогда как соответствующие цифры для гусеничного шелкового волокна варьируют от 33 до 43 Харитонов, 1945. По исследованиям Харитонова, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо выражены бактериостатические свойства шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет яйца не только от высыхания, от хищников и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков. Целому ряду семейств, объединяемых в группу Cribellatae и обладающих крибеллум и каламиструм, свойственны особые крибеллярные паутинные железы, которые открываются на крибеллярной пластинке. Последняя в покое лежит на одном, уровне с поверхностью брюшка, но наклоняется в сторону паутинных бородавок во время прядения паутины. Поверхность ее разделена тонкими ребрышками на сотни маленьких площадок, или полей. В середине каждой площадки торчит очень тонкая паутинная трубочка с отверстием протока паутинной железы на вершине рис. Общее количество крибеллярных паутинных трубочек обычно очень велико и, например, у Dictyna arundlnacea достигает 600, а у Stegodyphus Uneatus — даже 9600. Самцы многих видов, однако, отличаются редукцией крибеллярного аппарата.
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
© Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц.
Последние новости
- Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
- Где образуется и откуда выходит
- Как паук плетет паутину, состав паутины паука
- Структура, состав и виды паутины
- Образование паутины
Исследование показало, почему паутина не гниет
Как паук плетет паутину, этим вопросом часто задаются при виде удивительной ловчей сети. Текстура паутины появилась ещё в ранних версиях Survival Test, но не использовалась до Beta 1.5. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. 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. Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее.
Паутина пауков
| Откуда пауки берут паутину? Как пауки плетут паутину? :: Ответы на вопросы юных почемучек | В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. |
| Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал | В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. |
Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов
Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Белки на основе паутины стали основой уникального крема, разработанного российским стартапом, повышает регенеративные свойства кремов 26.02.2023, Sputnik Казахстан.
Прочность паутины
- Как паук плетет паутину: где она образуется, из чего состоит, зачем нужна
- Как паук плетет паутину, состав паутины паука
- Химический состав
- Как пауки плетут паутину