Станет ли одежда из мышечных волокон в ближайшем будущем прочнее кевлара?
Ношение одежды из мышечных волокон может показаться немного странным, но если эти волокна могут потреблять больше энергии, прежде чем разорваться, чем хлопок, нейлон или даже кевлар, то почему бы и нет? Не волнуйтесь, эти "мышцы" можно создать, не причинив вреда ни одному животному.
Биология - это источник вдохновения для создания материалов. Природа действительно способна предоставить множество высокоэффективных биоразлагаемых материалов из возобновляемого сырья с помощью низкоэнергетических водных процессов. Примеры включают исключительно прочную щетину паука и высокоэластичную смолу от насекомых. Мышечные волокна - другое. На самом деле исследователи пытались создать материалы со свойствами, аналогичными свойствам мышц, для различных применений, таких как мягкая робототехника.
К сожалению, большинство этих природных материалов не могут быть легко использованы, поскольку они производятся в ограниченных количествах медленно растущими организмами. Чтобы облегчить практическое использование и разработку этих высокоэффективных возобновляемых материалов, исследователи обращаются к стратегиям микробного производства.
Микробное производство титина
В одном из исследований команда из Вашингтонского университета (Сент-Луис) нашла способ использовать бактерии кишечной палочки для производства синтетических мышечных белков. В частности, исследователи разработали подход синтетической химии для полимеризации белков внутри модифицированных микробов. Это позволило бактериям производить высокомолекулярный мышечный белок титин (один из трех основных белковых компонентов мышечной ткани), который затем скручивался в волокна.
Чтобы дать возможность этим микробам производить такие белки (самые большие в природе, примерно в пятьдесят раз превышающие размер средней бактерии), исследователи генетически модифицировали микроорганизмы, чтобы они могли восстанавливать более мелкие сегменты этих молекул. Затем они использовали процесс мокрого прядения для превращения их в волокна диаметром около десяти микрон (одна десятая толщины человеческого волоса).
Затем команда проанализировала структуру этих волокон, чтобы определить молекулярные механизмы, обеспечивающие уникальное сочетание жесткости, прочности и исключительной амортизирующей способности. Это только начало, но в долгосрочной перспективе эти волокна могут позволить производить одежду или защитное снаряжение, более прочное, чем кевлар, считают исследователи.
Поскольку этот материал практически идентичен белкам, присутствующим в мышечной ткани, он также может быть биосовместимым и, следовательно, иметь множество потенциальных биомедицинских применений (швы, тканевая инженерия, биомедицинские имплантаты или протезы).