تولید الیافی که از فولاد مستحکم‌تر است!

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، ۱۲۸ پروتئین تکرارشونده منجر به تولید الیافی با مقاومت در حد گیگاپاسکال شده است که از فولاد معمولی قوی‌تر است. مقاومت این الیاف از چلوار و همه الیاف ابریشم نوترکیب قبلی بیشتر است. مقاومت این الیاف حتی از برخی الیاف ابریشم طبیعی عنکبوت بیشتر است.

گفته می‌شود که ابریشم بافته شده توسط عنکبوت یکی از محکم‌ترین و سخت‌ترین مواد روی زمین است. اکنون مهندسان دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس پروتئین‌های ترکیبی ابریشم آمیلوئید را طراحی و آن‌ها را توسط باکتری‌های مهندسی‌شده تولید کرده‌اند. الیاف حاصل، از برخی ابریشم‌های عنکبوتی طبیعی قوی‌تر و سخت‌تر است. نتایج این پروژه در مجله ACS Nano منتشر شده است.

این ابریشم مصنوعی آلیاف «آمیلوئید پلیمری» نامیده می‌شوند که از نظر فنی توسط محققان تولید نشده است، بلکه توسط باکتری‌هایی ساخته شده است که در آزمایشگاه فوژونوگ ژانگ استاد گروه انرژی، مهندسی محیط‌زیست و شیمی در دانشکده مهندسی مک کلوی توسعه داده شده است.

ژانگ پیش از این با ابریشم عنکبوت کار کرده است. در سال ۲۰۱۸، آزمایشگاه وی باکتری‌هایی تولید کرد که ابریشم عنکبوت نوترکیب را با عملکردی مشابه با نمونه‌های طبیعی دیگر از نظر کلیه خواص مکانیکی تولید می‌کند.

ژانگ می‌گوید: «بعد از کار قبلی فکر کردیم که آیا می‌توانیم چیزی بهتر از ابریشم عنکبوتی را با استفاده از پلتفورم زیست‌شناسی مصنوعی خود ایجاد کنیم.»

محققان توالی اسید‌های آمینه پروتئین‌های ابریشم عنکبوت را اصلاح کردند تا خواص جدیدی ارائه دهد، در حالی که برخی از ویژگی‌های جذاب ابریشم عنکبوت را حفظ می‌کند.

مشکلی که در رابطه با الیاف ابریشم عنکبوت نوترکیب وجود دارد، نیاز به ایجاد β – نانوبلورها، یک جز اصلی از ابریشم عنکبوت طبیعی است که به مقاومت آن کمک می‌کند. ژانگ می‌گوید: «عنکبوت‌ها چگونگی چرخش الیاف با مقدار مطلوب نانوبلور را کشف کرده‌اند. اما وقتی انسان از فرایند‌های مصنوعی استفاده می‌کند، مقدار نانوبلور‌های موجود در الیاف مصنوعی ابریشم اغلب کمتر از مقدار طبیعی آن است.»

برای حل این مشکل، این تیم با معرفی توالی‌های آمیلوئید که تمایل زیادی به تشکیل β- نانوبلور دارند، توالی ابریشم را دوباره طراحی کردند. آن‌ها پروتئین‌های آمیلوئید پلیمری مختلفی را با استفاده از سه توالی آمیلوئید که به خوبی مطالعه شده بودند به‌عنوان گزینه‌های اصلی انتخاب کردند. توالی آمینو اسید‌های تکرار‌شونده پروتئین‌های حاصل کمتر از ابریشم عنکبوت است که تولید آن‌ها توسط باکتری‌های مهندسی شده را آسان می‌کند. در نهایت، باکتری‌ها یک پروتئین آمیلوئید پلیمری ترکیبی با ۱۲۸ واحد تکرار را تولید کردند.

هر چه پروتئین بیشتر باشد، فیبر حاصل از آن قوی‌تر و سخت‌تر می‌شود. ۱۲۸ پروتئین تکرار شونده منجر به فیبر با مقاومت گیگاپاسکال می‌شود که از فولاد معمولی قوی‌تر است.