Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов?
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины! Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов. 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.
Из чего сделана паутина?
С каждой трубочкой связана своя маленькая паутинная железа; число крибеллярных желез, таким образом, очень велико. Выделяя крибеллярный шелк, паук энергично расчесывает его каламиструмом одной ноги иногда при помощи другой , совершая ею ряд быстрых повторяющихся движений. Две или четыре осевые нити окружаются довольно широкой слизистой муфтой, или оболочкой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Такого рода слизистая паутина образует ловчие сети, которые имеют весьма характерный синеватый оттенок. Uloborus и Hyptiotes строят геометрически правильные тенета см. У других Cribellatae она располагается более или менее неправильно. Нередко извитая крибеллярная нить внутри шнура видна простым глазом Filistata, Zoropsis.
Значение ее, вероятно, чисто опорное и сводится к поддерживанию слизистой оболочки — муфты, которая обычно сильно вытянута и имеет цилиндрическую форму. Если бы извитой нити не было, то муфта распалась бы на мелкие капельки. Видимо, слизистые шнуры Cribellatae отвечают клейким спиральным нитям Araneus, усовершенствованием которых они как бы являются. Капельки клейкого слизистого секрета на нитях Araneus недолговечны и хуже обеспечивают приклеивание и запутывание добычи. У Cribellatae, напротив, тенета сохраняются очень долго, а клейкость их очень велика. Наблюдая Dictyna uncinata, прядущую ловчие нити, нетрудно убедиться, что осевые нити выделяются паутинными бородавками, а их слизистый клейкий футляр — через крибеллярную пластинку Спасский, 1958. Крибеллярная ловчая пряжа Eresus niger имеет характер клейкого «войлока» розовато-сиреневого цвета Сычевская, 1954.
Паутина как средство расселения Употребление паутиновых нитей не ограничивается различными постройками. Первоначально они, несомненно, служили у самок лишь для приготовления кокона, а у самцов для изготовления сперматической сеточки. Оба образования, как мы видели, вполне отвечают друг другу и имеют одну и ту же природу.
Одна разновидность нужна для создания основы ловушки, другая используется для плетения «ловчей» сети, третья — для связывания жертвы и так далее. Паук выпускает паутину из паутинной железы Как плетется паутина? Основой каждой паучьей ловушки являются несущие нити в количестве 3-4 штук. Это самая прочная часть паутины. На основу крепятся радиальные нити, каждый конец которых крепится к опоре в виде ветки дерева, листьев растений и так далее. На радиальные нити паук наносит ловчую спираль, которая является самой липкой частью ловушки.
Именно на нее и попадаются жертвы пауков — чтобы добыча не смогла освободиться, хищник быстро к ней прибегает и впрыскивает яд. Эти вещества превращают внутренности попавшихся в сеть насекомых в питательную массу, которую пауки просто всасывают в себя. Строение паутины Как пауки ходят по паутине? Если паук наступит на ловчую сеть, он легко может в ней запутаться.
Когда паук тянет спидроин из своих желез, он быстро твердеет и становится нитью паутины. Паук использует свои ножки и усики, чтобы распределять и соединять эти нити в сложные капканы или спирали. Процесс плетения паутины уникален для каждого вида пауков и может быть связан с их способностями охотиться или создавать убежища.
Паутины могут быть разными из-за различий в строении и функциях разных видов пауков. Каждый вид пауков имеет свою специфическую технику плетения паутины, которая определяется их физиологией, поведением и потребностями.
Для разработки нового материала исследователи использовали паутину тигровых пауков. Они очистили её от продуктов жизнедеятельности насекомых, после чего поместили в реакционный аппарат автоклав для сольвотермального синтеза.
Там на поверхности волокон паутины были синтезированы углеродные точки класс наночастиц. NEWS В результате учёные получили гибридный материал с уникальными оптическими свойствами, который может применяться при создании нитей для хирургических швов. По словам специалистов, нити на основе такого материала будут экологичнее, функциональнее и эластичнее, чем те, которые сейчас используются в хирургии. Учёные отмечают, что материал также будет способствовать обнаружению патогенных микроорганизмов, провоцирующих различные заболевания.
Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается и оптический отклик не наблюдается.
Химический состав
- Откуда пауки берут паутину? Как пауки плетут паутину? :: Ответы на вопросы юных почемучек
- Из чего сделана паутина?. Все обо всем. Том 1
- Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
- Отзывы и комментарии
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Паутина – застывшая жидкость, которую членистоногие вытягивают из концентрированного белкового раствора, образующегося в их особых паутинных железах. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату.
Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные?
Ввести в геном бактерии полный ген, отвечающий за производство паутины, не удалось, и ученым пришлось «разрубить» этот ген на несколько частей и ввести его по кусочкам. Затем этот разделенный ген собрался уже непосредственно в геноме бактерии и изменил ее свойства и возможности. Космическая паутина С новой методологией ученым удалось произвести всего два грамма паутины на литр модифицированных бактерий.
Они очистили её от продуктов жизнедеятельности насекомых, после чего поместили в реакционный аппарат автоклав для сольвотермального синтеза. Там на поверхности волокон паутины были синтезированы углеродные точки класс наночастиц. NEWS В результате учёные получили гибридный материал с уникальными оптическими свойствами, который может применяться при создании нитей для хирургических швов. По словам специалистов, нити на основе такого материала будут экологичнее, функциональнее и эластичнее, чем те, которые сейчас используются в хирургии. Учёные отмечают, что материал также будет способствовать обнаружению патогенных микроорганизмов, провоцирующих различные заболевания.
Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается и оптический отклик не наблюдается. Обычно, когда мы светим на наш материал фонарём с синим светодиодом, мы видим, как он материал становится красным.
С помощью генетически модифицированных бактерий американские ученые синтезировали полимерные амилоидные волокна, которые оказались крепче некоторых видов паучьего шелка, а также стали и кевлара.
Создатели уверены, что у нового материала огромный потенциал. Подпишитесь , чтобы быть в курсе. 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.
В 1709 г.
К тексту доклада были приложены изготовленные из паутины перчатки и чулки. Необычность представленных материалов не позволила провинциальному научному обществу самостоятельно оценить их значение, и потому они были направлены в Парижскую Академию наук, где в то время уже существовала практика экспертных оценок нетривиальных работ. В народной медицине паутину издавна применяют как кровоостанавливающее и ранозаживляющее средство во Франции энтузиасты-медики предпринимали попытки изготавливать кровоостанавливающие салфетки из паутинного «шелка».
Действительно, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо они выражены у шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет находящиеся внутри него яйца не только от высыхания и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков.
И от себя добавлю, что смотреть, как паук тщательно плетёт ловчую сеть - одно удовольствие.
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
Смотря по обстоятельствам, паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к субстрату. Когда затем животное удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто вытягивается, растягиваясь в быстро затвердевающие нити. Особенности выделений разного типа желез и свойства, образуемых ими нитей весьма разнообразны и имеют различное значение в жизни пауков. Так, паутина, или шелк, из которого приготавливается яйцевой кокон, никогда не бывает клейкой, а также отличается и другими своими свойствами, прежде всего цветом. Золотисто-желтый кокон Cyrtarachne tuberculiferum подвешивается на белых нитях. Многие виды Araneus плетут двухслойные коконы, в которых внутренний слой, облекающий яйца, белый, а наружный — желтоватый или зеленоватый; тенета эти виды строят из белой паутины.
У Argiope lobata, напротив, основные нити тенет имеют красивый золотисто-желтый цвет, а коконы белые, хотя и с примесью зеленовато-голубоватого шелка. Zelotes делают тенета из белого, а коконы — из розового шелка и т. Паук-крестовик Araneus для построения ловчей сети рис. Паутиновая рама Паутиновая рама — основа сети и натягиваемые внутренние радиусы делаются из сравнительно толстых сухих нитей, выделяемых ампуловидными железами. При этом несколько желез действуют одновременно, выпуская каждая по одной нити; отдельные нити соединяются вместе капельками жидкого секрета и образуют более толстый «кабель». В зависимости от числа действующих одновременно желез двух или четырех толщина и прочность последнего изменяются у некоторых пауков «кабель» состоит почти из 20 элементарных нитей. Грушевидные железы пауков выделяют пучки тонких прочных волокон, служащих для прикрепления концов радиальных нитей к окружающим предметам — стволам деревьев, ветвям и т.
Основу клейких спиральных нитей ловчей сети составляют, по-видимому, двойные шелковые волокна, выделяемые дольковидными железами. 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.
Да и с прочностью были значительные проблемы. Сейчас специалистам США удалось определение уникального генетического кода, для того, чтобы разрабатывать синтетическую шёлковую паутину. Для этих целей они, вновь таки, прибегли к особым модифицированным бактериям. Эта попытка создать искусственную паутину и привела к отличным результатам.
Учёные модифицировали бактерии кишечной палочки.
Аранеусы — близкие родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой вид аранеусов использовался, не уточняется, но поскольку поймали его физики прямо во дворе своего института в Галле, в центре Европы, вряд ли это был экзотический экземпляр. Полученные от паука нити экспериментаторы поместили в вакуумную камеру. Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды. После нескольких сот таких циклов каждый продолжительностью 1—2 минуты на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида — цинка, алюминия или титана соответственно. И механические показатели резко увеличивались. Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины. А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа.
Используя новейшие технологии, в том числе спектроскопию ядерного магнитного резонанса, а затем электронную микроскопию, ученые смогли более точно установить, что именно происходит внутри паутинной железы. Оказалось, что мицеллы имеют более сложную структуру, а сборка белка происходит намного запутаннее, чем предполагалось ранее. Ученые смогли дополнить и модифицировать теорию мицелл. Если исследователи смогут повторить процесс в лабораторных условиях и синтезировать искусственную паучью нить, применение такого материала будет практически безграничным: от текстиля для военных до сооружения мостов. Читайте также:.
Новости отрасли
Они размочили паучью нить и внедрили в неё атомы металлов, которые «склеили» отдельные белки паутины. Говорят также, что стареющей британской королеве Виктории китайское посольство преподнесло целую мантию из такого материала. Трудно сказать, насколько этим легендам можно верить, и какую долю в этих тканях на деле составляла паучья нить, но смысл во всём этом есть. В подходящих условиях паутинка может выдержать натяжение, в несколько раз большее, чем максимальное натяжение стальной нити того же диаметра, будучи при том в несколько раз легче. Например, паутинка толщиной в 1 мм должна, по идее, удерживать человека; как тут не порадоваться, что пауки не плетут такой паутины. Эластичность, прочность и лёгкость паутины заставляют многих инженеров мечтать о создании подобного ей синтетического материала — или хотя бы научиться производить натуральную паутину в промышленных масштабах. Более того, такие опыты уже проводятся: выведены козы, в ДНК которых есть гены паучьей паутины, а в молоке оказывается большое количество таких белков — правда, в не сплетённой в нить форме.
Теперь группа немецких физиков и химиков из Института физики микроструктур имени Макса Планка показала, что паутину можно сделать ещё крепче и эластичнее.
Один из самых крепких материалов в природе — паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Внутри такой «бочки» могут находиться небольшие органические молекулы и ионы. По словам ученых, такая структура позволяет формировать из гидрогеля длинные и очень тонкие — до микрона в диаметре — нити.
Используя новейшие технологии, в том числе спектроскопию ядерного магнитного резонанса, а затем электронную микроскопию, ученые смогли более точно установить, что именно происходит внутри паутинной железы.
Оказалось, что мицеллы имеют более сложную структуру, а сборка белка происходит намного запутаннее, чем предполагалось ранее. Ученые смогли дополнить и модифицировать теорию мицелл. Если исследователи смогут повторить процесс в лабораторных условиях и синтезировать искусственную паучью нить, применение такого материала будет практически безграничным: от текстиля для военных до сооружения мостов. Читайте также:.
В итоге организмы развивались на паутине только при содержании азота. В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. Именно поэтому паутина имеет не антибактериальные свойства, а бактериостатические.
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Прочная, упругая и эластичная: такие свойства делают паутину интересным материалом не только для биологов, но и для проектировщиков. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий.
Отзывы и комментарии
- Металлическая паутина: сделано в Германии » Интересные новости
- Биологи определили молекулярную структуру паутины – Новости науки
- Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука?
- Паутина: гены и перспективы использования в производстве материалов
Навигация по записям
- Последние новости
- Исследование показало, почему паутина не гниет
- Металлическая паутина: сделано в Германии
- Ученые узнали, почему паутина не гниет
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Почему паутина на портится очень долго, даже если находится во влажной и теплой среде? Ученые из Тунхайского университета Тайвань решили выяснить, в чем заключается секрет ловчих сетей пауков. Ранее ученые предполагали, что паутина содержит...
Это открытие поможет в создании крепких материалов, которые пригодятся в промышленности и медицине. Среди этих инструментов были: спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия дальнего ультрафиолетового кругового дихроизма и спектроскопия вибрационного кругового дихроизма. Я очень рада, что нам удалось отыскать эту специальную конформацию».
Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна Пауки создают паутину, понижая кислотность в растворе с паутинными белками. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна.
Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутина в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее. Но едва ли не большая загадка — это как пауки её делают. Известно, что паутина состоит из белков, называемых спидроинами, которые изначально находятся в растворе, а потом как-то превращаются в твёрдую нить. Превращение происходит опять же в водном растворе то есть белки не обезвоживаются , при обычной температуре и при том довольно быстро. Что же заставляет растворённые паутинные белки превращаться в твёрдую и гибкую нить?
Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Исследователи попытались воссоздать весь процесс и синтезировать синтетические волокна, однако те не обладали прочностью паутины. Используя новейшие технологии, в том числе спектроскопию ядерного магнитного резонанса, а затем электронную микроскопию, ученые смогли более точно установить, что именно происходит внутри паутинной железы. Оказалось, что мицеллы имеют более сложную структуру, а сборка белка происходит намного запутаннее, чем предполагалось ранее. Ученые смогли дополнить и модифицировать теорию мицелл.