Паучий шелк: : | Luxury-Textile.Ru

Паучий шелк: необычный материал, который получают с помощью коз-пауков

Коза-паук — не новый герой комиксов и блокбастеров, а вполне реальное животное. Необычное существо, которое полезно в медицине, косметологии и промышленности — продукт генной инженерии. Зачем учёные привили ген паука козам и что из этого вышло — разбираемся в статье.

Зачем скрестили паука и козу

Натуральная паутина эластичная, прочная и лёгкая. Люди давно думали, как можно использовать в своих целях такой уникальный материал, как паучий шелк.

Паутинная нить может быть полезна в медицине и высокотехнологичном производстве. Из неё можно произвести:

• искусственные связки, которые выдерживают высокие нагрузки и не отторгаются организмом,
• хирургические нитки,
• прочные бинты,
• компьютерные чипы,
• лёгкие бронежилеты,
• рыболовную леску,
• волокно-оптические кабели и т. д.

У паутинной нити нет достойного синтетического аналога. А получать нить непосредственно от самих пауков — трудоёмко и неэффективно. Дело в том, что пауков сложно разводить на фермах. Паукообразные агрессивны по отношению к себе подобным и с трудом уживаются на одной территории.

Тогда у генных инженеров возникла идея привить ген пауков козам и получать драгоценную нить из их молока.

Как скрестили паука и козу

Эксперимент по скрещиванию паука и козы провёл профессор генетики Рэнди Льюис из университета Вайоминга.

Для эксперимента взяли пауков-кругопрядов (лат. Nephila), также их называют гигантскими древесными пауками, золотопрядами и т. д. Это род крупных пауков, которые плетут самые большие паутины. Учёные разобрали ДНК животного и выделили ген, который отвечает за производство паучьего шёлка. Затем полученный ген встроили в генный ряд эмбриона козы, а эмбрион имплантировали живой козе.

Коза, которая родилась в результате эксперимента, внешне выглядела как сородичи, но имела одну сверхспособность. В молоке генно-модифицированной козы есть особый белок, который после обработки можно превратить в паучий шёлк.

Генно-модифицированные козы здоровы и дают потомство, которое сохраняет мутацию в своих генах. В итоге в штате Юта в США появилась целая ферма с генно-модифицированными животными, которых назвали «козы-пауки».

Из молока одной такой козы за день можно получить столько же паучьего шёлка, сколько за это же время от миллиона пауков.

Учёные не останавливаются в своих экспериментах. Есть компании, которые для производства биосинтетического шёлка используют генно-модифицированные бактерии и дрожжевые белки.

Свойства паучьего шёлка

Искусственно полученная паутина обладает целым рядом ценных свойств.

• Белки паутины не вызывают иммунного ответа, на её поверхности плохо растут и размножаются бактерии. Поэтому паучий шёлк можно использовать в медицине: для производства хирургических нитей, заживляющих повязок, покрытия имплантатов и т. д.
• Паучий шёлк идеально сочетает прочность и эластичность. Полученные волокна в несколько раз прочнее кевлара — материала, из которого делают бронежилеты. Паучий шёлк можно использовать для изготовления материалов, которые должны выдерживать высокие нагрузки.
• Паучий шёлк не плавится, что снижает риск ожогов при воздействии высоких температур. Материал можно применять в армейской экипировке.
• При добавлении керамических наночастиц к паучьему шёлку получаются отличные упаковочные материалы, которые не пропускают газ и пары воды.
• Паучий шёлк интересен и модной индустрии — как современный уникальный материал и дополнительный повод привлечь внимание к бренду.

Одежда и обувь из паучьего шёлка

Есть несколько известных компаний, которые экспериментировали с одеждой и обувью с паучьим шёлком в составе.

Немецкая компания AMSilk из белков паучьего шёлка изготавливает волокна под торговым названием Biosteel («Биосталь»). Из этого волокна можно производить одежду, обувь и текстиль для отделки кресел автомобилей и самолётов.

В 2014 году компания adidas выпустила линию спортивной обуви, которая почти полностью, кроме подошвы, была сделана из волокон Biosteel.

Кроссовки Futurecraft Biosteel Ultra Boost от adidas

В 2017 году компания Bolt Threads выпустила галстуки из паучьего шёлка. Материал был получен с помощью генно-модифицированных дрожжей. Дрожжи произвели белок, из которого и изготовили искусственную ткань. Компании потребовалось 90 километров паучьего шёлка, чтобы изготовить 50 галстуков. Каждый стоил 314 долларов. А чтобы определить, кто именно сможет купить аксессуары, Bolt Threads организовала лотерею на своём сайте.

В 2019 году японская биотехнологическая компания Spiber в коллаборации с брендом The North Face выпустила первую в мире парку на основе паучьего шёлка. Высокотехнологичное изделие назвали Moon Parka. Парка получилась тёплая, водонепроницаемая и при этом дышащая.

Moon Parka от The North Face

Компания, которая планировала изготавливать паучий шелк из молока коз-пауков, в итоге обанкротилась. А вот производство уникального материала с помощью генно-модифицированных бактерий и дрожжей оказалось более эффективным. Технологии не стоят на месте, и кто знает, возможно, совсем скоро в магазинах станут привычными этикетки Spider Silk — «сделано из биосинтетического паучьего шёлка».

• Статьи

Что такое синтетический паучий шелк и почему это ткань будущего? — FW-Daily

Паучий шелк стал чем-то вроде Святого Грааля в текстильной промышленности. На протяжении десяти лет ученые, проводившие исследования, продвинулись в этой области намного дальше, чем предполагали. Благодаря новым биотехнологиям паучий шелк стало возможным создавать в  широких масштабах, и этим не могли не воспользоваться модные бренды. Уже сейчас можно увидеть, что революционный материал понемногу заполоняет полки магазинов. Рассказываем, как он появился и почему его ждет большое будущее.

С чего все началось?

Хочется зайти издалека и рассказать, что sustainable – активно развивающаяся тенденция, которая набирает обороты как в модной, так и во всех остальных индустриях, работающих в ущерб природе. Исходя не только из моралистических и альтруистских побуждений, промышленные предприятия нацелены на нового покупателя с новыми требованиями, поэтому развиваются в сторону осознанного потребления. Индустрия прилагает в этой отрасли огромные усилия, не жалея времени, огромного количества денег и набитых при неудачных попытках шишек.

В свою очередь, искусственный паучий шелк стал одним из проектов текстильной промышленности, на который производители обратили внимание из-за его высокой прочности, эластичности, долговечности и мягкости. Натуральный паучий шелк не уступает ему ни в чем, разве что ради добычи 400 граммов пряжи уничтожается 700 пауков, поэтому натуральный шелк из паутины считается самой дорогой тканью в мире – за один квадратный метр придется отдать примерно 500 тысяч долларов. Вот почему ученые так настойчиво пытались изобрести синтетический паучий шелк, который по своим характеристикам ничуть не уступает натуральному.

Изобретение материала приписывают первой супруге императора Хуанг-Ти, который правил в 2698-2598 гг. до нашей эры, а уже в XVIII веке технологию добычи пряжи из пауков начали осваивать европейцы. Чтобы не убивать в огромных количествах животных, производители тканей пытались создавать паучьи фермы, однако членистоногие плохо приживались в неестественной среде и часто съедали друг друга.

Когда все изменилось?

Пытаясь найти выход из сложившейся ситуации, ученые из Японии и США предложили свои решения. Первые (а точнее, стартап Spiber) разработали в 2004 году синтетическую паутину Qmonos. Японским ученым посчастливилось при помощи генной инженерии создать в лаборатории искусственный фиброин (белок, выделяемый паукообразными). Вторые – исследователи Кембриджского университета – подошли с другой стороны и разработали шелковые волокна из гидрогеля, состоящего на 2% из кремнезема и целлюлозы, скрепленных кристаллическим веществом кукурбитурилом, все остальное — вода, которая испарялась после получения волокон. Был еще стартап Bolt Threads: исследователи представили наиболее приближенный к натуральному паучий шелк. Инженеры долгое время наблюдали за пауками-золотопрядами вида Nephila и в итоге с помощью генной инженерии на основе дрожжей и особых микроорганизмов вывели протеин в больших количествах. Первые образцы новой ткани использовали для пошива галстуков. Именно Bolt Threads вместе с дизайнером Стеллой Маккартни создал эко-платья.

Что сейчас?

И если раньше купить синтетический паучий шелк было проблематично, то сегодня немецкая промышленная компания AMSilk в сотрудничестве с производителем наручных часов класса люкс Omega создала ремешок для часов. Он сочетает в себе полиамид и синтетический материал Biosteel, а его стоимость составляет 270 долларов. Ремешок уже доступен в продаже в Европе. Выпуск, казалось бы, незначительного аксессуара маркирует первый коммерческий выпуск продукции из синтетического паучьего шелка.

По словам генерального директора AMSilk Дженса Кляйна, материал дышит, является анти-бактериальным и антиаллергенным, и это те факторы, которые для Omega стали решающими.

Тем не менее синтетический паучий шелк, вполне возможно, еще не раскрыл полностью весь свой потенциал. AMSilk, например, также работает с косметическими и медицинскими компаниями, которым нужны «дышащие», антиаллергенные свойства Biosteel для таких продуктов, как лак для ногтей и покрытие для медицинских имплантатов.

Читайте также:

Как коровий принт вытеснил леопардовый?

Шелк паука — Kraig Biocraft Laboratories

Знакомство с шелком паука, продуктом

Давно известно, что некоторые волокна, произведенные в природе, обладают замечательными механическими свойствами с точки зрения прочности, упругости и гибкости. Эти волокна на основе белка, примером которых является шелк паука, вызвали большой интерес из-за его невероятной прочности. Благодаря своей прочности, устойчивости и гибкости паутинный шелк имеет большие перспективы для коммерческого и потребительского применения. Хотя превосходные свойства паучьего шелка хорошо известны, не существовало известного способа производства паучьего шелка в коммерческих количествах. Поскольку пауки каннибалы, их нельзя выращивать в концентрированных колониях для производства шелка.

Производство паучьего шелка в коммерческих количествах несет в себе потенциал спасительного баллистически стойкого материала, который легче, тоньше, гибче и прочнее стали. Другие области применения паучьего шелка включают использование в качестве конструкционного материала и для любого применения, в котором требуются легкий вес и высокая прочность. Kraig Biocraft Laboratories считает, что в ближайшем будущем генетически модифицированный шелк паука значительно продвинется на рынок высокопрочных волокон.

Технология шелка паука

Несмотря на то, что ученым удалось воспроизвести белки, которые являются строительными блоками шелка паука, два технологических барьера (до сих пор) препятствовали производству. Эти барьеры заключаются в невозможности превратить эти белки в волокно шелка паука с желаемыми механическими характеристиками и сделать это экономически эффективно.

Чтобы решить эти проблемы, Крейг изобрел новую технологию и получил эксклюзивное право на использование запатентованных генетических последовательностей для многочисленных основных белков шелка пауков. Мы заняли передовые позиции, работая в сотрудничестве с ведущими университетами, которые разработали некоторые из наиболее актуальных технологий генной инженерии. Фактически, большая часть нашей работы по генной инженерии проводится в университетских лабораториях.

Крейг — мировой лидер в области технологий генетически модифицированного паучьего шелка. Мы заслужили это место, применив нашу запатентованную технологию генной инженерии паучьего шелка к организму, который уже является одним из самых эффективных коммерческих производителей шелка: домашнему шелкопряду.

Технология шелка пауков компании Kraig основывается на уникальных преимуществах одомашненного тутового шелкопряда для этого применения. Тутовый шелкопряд идеально подходит для производства генетически модифицированного паучьего шелка, потому что он уже является эффективным коммерческим и промышленным производителем шелка. Сорок процентов (40%) веса гусениц приходится на шелковые железы. Шелковые железы производят большое количество белка, называемого фиброином, который затем скручивается в составную белковую нить (шелк). [1]

Мы использовали технологию генной инженерии для создания паучьего шелка. Частью портфеля интеллектуальной собственности Крейга является эксклюзивное право на использование запатентованных последовательностей генов паучьего шелка у тутового шелкопряда.[2]

Шелк паука Прочность: сильнее стали

Крейг предполагает, что генетически модифицированный шелк паука с его превосходными механическими характеристиками превзойдет современное поколение высокоэффективных волокон. Мы считаем, что шелк паука в некоторых отношениях настолько превосходит материалы, доступные в настоящее время на рынке, что расширение спроса и рыночных возможностей последует за коммерческим внедрением шелка паука. Например, способность натурального шелка паука поглощать более 100 000 Дж кинетической энергии делает его потенциально идеальным материалом для структурной защиты от взрывов. Таблица ниже иллюстрирует невероятную прочность и соотношение прочности и веса паучьего шелка.

Сравнение свойств натурального шелка паука, кевлара® и стали

Рынок паучьего шелка

Kraig занимается созданием, производством и маркетингом высокоэффективных и технических волокон, таких как паутинный шелк. Поскольку шелк паука прочнее и жестче стали, его можно использовать в самых разных военных, промышленных и потребительских целях, начиная от баллистической защиты и заканчивая превосходной прочностью и ударной вязкостью.

Спрос на технические волокна на мировом рынке быстро растет, и эти материалы стали незаменимыми продуктами как для промышленного, так и для потребительского применения. К 2012 году ежегодный мировой рынок технических волокон уже достиг примерно 133 миллиардов долларов.

Мы считаем, что превосходные механические характеристики следующего поколения паучьего шелка откроют новые области применения этой технологии и приведут к значительному увеличению спроса. Материалы, над производством которых мы работаем, прочнее стали. Паучьи шелка по праву можно назвать «суперволокнами».

Генетически модифицированный паутинный шелк и синтетический паутинный шелк

Крейг создал около двадцати различных генетически модифицированных паучьих волокон на основе наших генетических разработок. Научная статья, полностью описывающая одно из первых из этих замечательных паучьих шелковых волокон и нашу методологию его создания, была рецензирована и опубликована в престижном научном журнале PNAS (Журнал Национальной академии наук). Мы используем термин генетически модифицированный паутинный шелк вместо синтетического паучьего шелка, потому что эти материалы не являются синтетическими; они сделаны генно-инженерными шелкопрядами, а волокно полностью состоит из белка, вырабатываемого шелкопрядом естественным путем. Это синтетический паутинный шелк только в том смысле, что он производится не пауком, а гораздо более эффективным организмом.

Основным продуктом Крейга является генетически модифицированный шелк паука, известный как Dragon Silk™. Его близкородственный родственный продукт Monster Silk®. Как Dragon Silk™, так и Monster Silk® созданы линиями наших трансгенных шелкопрядов. Они состоят из уникальной комбинации белков шелка пауков и белков шелка тутового шелкопряда. Эти генетически модифицированные паучьи шелка значительно прочнее и гибче, чем шелк коммерческого качества. Мы верим, что этот продукт значительно продвинется как на рынок технического текстиля, так и на рынки обычного шелка и одежды. Рынок традиционного шелка оценивается примерно в 3–5 миллиардов долларов США в год на уровне необработанного волокна. Благодаря своим превосходным физическим свойствам, Monster Silk™ особенно хорошо подходит для проникновения на этот рынок.

Dragon Silk™ — это огромный шаг вперед в технологии рекомбинантного паучьего шелка компании, сочетающий в себе эластичность и прочность натурального паучьего шелка. Мы ожидаем, что применение паучьего шелка и производных продуктов найдет применение как на рынке технического, так и защитного текстиля.

Крейг находится в процессе наращивания коммерческого производства своего генетически модифицированного паучьего шелка, включая Monster Silk™ и Dragon Silk™.

Компания Kraig также находится на продвинутой стадии разработки своего продукта из паучьего шелка следующего поколения, предварительно известного как SpiderPillar™. SpiderPillar™ будет состоять из чистого паучьего шелка. Этот материал обладает потенциалом для значительного проникновения на рынок технического текстиля.

Наша третья линия продуктов, которую мы называем «техническое и медицинское волокно 3-го поколения», предназначена для того, чтобы выйти за рамки физических, механических и химических свойств натурального шелка паука. Волокна поколения 3 находятся на относительно ранней стадии разработки и будут включать в себя такие элементы, как антибактериальные вещества для медицинского применения и ионы металлов для использования в промышленных процессах.

Подробнее о Kraig Biocraft Laboratories, лидере в области генетически модифицированного паучьего шелка

Kraig Biocraft Laboratories, Inc. (KBLB) — биотехнологическая компания, занимающаяся коммерциализацией и разработкой паучьего шелка. Kraig — генно-инженерная компания, работающая совместно с ведущими университетскими лабораториями. Мы являемся полностью отчитывающейся публичной компанией, акции которой торгуются на OTCQB под тикером: KBLB.

Изобретатель этой технологии, Ким Томпсон, является основателем и генеральным директором компании Kraig. Способность Крейга производить паутинный шелк экономически эффективна и способна производить широкий спектр белков, волокон и материалов. Группы ученых по всему миру работали над другими способами производства паучьего шелка, в том числе с использованием генетически модифицированных бактерий E. coli. Эта работа является научно обоснованной, но при производственных затратах, которые могут превышать 37 500 долларов за килограмм, трудно понять, как эти программы могут захватить значительную часть текстильного рынка.[6] Крейг может производить свой генетически модифицированный паутинный шелк, в том числе Monster Silk™, менее чем за 1% от этой стоимости.

В 2013 году компания Kraig успешно завершила пилотную программу производства продукта из паучьего шелка Monster Silk™. В настоящее время мы наращиваем производство Dragon Silk в промышленных масштабах.

12 июля 2016 года мы объявили о нашем первом контракте с военными США на поставку Dragon Silk™. Kraig Labs поставит баллистические рюкзаки для стрельбы на основе паучьего шелка для тестирования производительности защитных средств, связанных с солдатами. Вскоре после этого мы объявили, что приобрели новое производственное предприятие в Индиане с целью расширения производства шелка дракона и других продуктов на основе шелка паука.

Крейг продолжает совместные исследования и разработки с Университетом Нотр-Дам. Это привело к ряду захватывающих технологических прорывов в паутине. Эти прорывы включают в себя разработку многочисленных штаммов трансгенного тутового шелкопряда, которые производят генетически модифицированный шелк паука. Некоторые из наших работ рецензируются и описываются в престижном рецензируемом научном журнале PNAS (Журнал Национальной академии наук).

Чтобы узнать больше, посетите домашнюю страницу Kraig Biocraft Laboratories: www.kraiglabs.com

Для контактов со СМИ звоните или пишите по электронной почте:
Ben Hansel, Hansel Capital, LLC.
(720) 288-8495
[email protected]

[1] Хотя шелк некоторых пауков состоит из одного белка, наибольший интерес для Крейга представляет смесь двух или более белков шелка паука.

[2] Крейг получил определенные исключительные права на использование многочисленных генетических последовательностей шелка пауков, которые являются предметом пяти патентов США, принадлежащих Университету Вайоминга. Университет Вайоминга является лидером в исследованиях паучьего шелка, а Фонд Университета Вайоминга является акционером Крейга.

[3] Измеряется энергией, необходимой для разрыва непрерывной нити, выраженной в джоулях на килограмм (Дж/кг). Пуля калибра .357 имеет кинетическую энергию примерно 925 Дж при ударе.

[4] Прочность на растяжение относится к наибольшему продольному напряжению, которое может выдержать шелк паука, измеряемому силой на площади в ньютонах на квадратный метр. Измерение здесь в миллионах паскалей.

[5] В граммах на кубический сантиметр материала.

[6] Несколько независимых поставщиков ферментации белков предоставили эти оценки затрат. Эти оценки отражают стоимость годного к употреблению протеина шелка в пересчете на килограмм. Другие могут сообщать о затратах на килограмм ферментационного раствора, не пригодного для использования протеина шелка.

Шелк паука

Шелк паука

Недвижимость

Паук
Шелк невероятно прочен и по весу прочнее стали.
Количественно шелк паука в пять раз прочнее стали того же
диаметр. Было высказано предположение, что Boeing 747 мог быть остановлен в
полет одной нитью толщиной с карандаш и паутинным шелком почти так же силен, как
Кевлар, самый прочный искусственный полимер. Он тоньше человеческого волоса
(большинство нитей имеют диаметр несколько микрон) и способен сохранять свою прочность
ниже -40С. Самый прочный шелк — это шелк драглайна из Золотого
Паук-кругопряд (Nephilia clavipes), т. н.
потому что он использует шелк золотистого оттенка для создания паутины сфер.

Паук
шелк также очень эластичен и захватывает шелк (липкий шелк для ловли добычи)
остается целым после растяжения в 2-4 раза по сравнению с первоначальной длиной.
Шелк паука прочнее, эластичнее и водонепроницаемее, чем шелк тутового шелкопряда.
он может иметь гораздо более широкий спектр применения. Легко понять, почему
паутинный шелк представляет такой интерес для химиков-материаловедов, поскольку новые
можно разработать сверхпрочные волокна на основе шелка.

Использование

Пауки
использовать шелк для различных функций:

• Валкообразование
  шелк для обертывания и обездвиживания добычи.

• Сетки
  для ловли добычи с помощью липкого шелка — он эластичен, чтобы добыча не
  отскок от сети.

• Драглайны
  которые используются для соединения паука с паутиной в качестве страховочных линий на случай
  паук должен упасть и как нелипкие спицы паутины. Драглайн
  шелк — самый прочный вид шелка, потому что он должен выдерживать вес
  паук.

• Парашютный спорт
  или полет на воздушном шаре , который используется для расселения молодняка и поиска
  новые районы в качестве источника пищи. Шелк высвобождается и уносится ветром
  поднять паука в воздух — летающие пауки!

• Приюты
  такие как норы или
  гнезда

• Мешки для яиц

• Сопряжение :
  пауки-самцы плетут паутину из спермы, на которую откладывают сперму, а затем
  перенесите его на передние щупики, готовые к размещению на половых органах самки.
  органы. Некоторые виды плетут паутину и покрывают ее половыми феромонами.
  привлечь спутника жизни.

Производство

Есть
семь видов шелка, вырабатываемые семью шелковыми железами. Один паук
не обладает всеми семью железами, но имеет по крайней мере три, если это мужчина
(драглайн, крепление и обвязка шелком) или четыре, если это женщина.
дополнительный — для шелка яичного мешка. Семь типов желез:

• Ахниформ
  железа : шелковые пеленки.

• Цилиндрический
  железа : шелк яичного мешка.

• Ампула
  железы (большие и второстепенные) : нелипкий шелк драглайна. Шелк из
  малая ампульная железа лишь в два раза слабее, чем большая железа.

• Пириформ
  сальник : резьба крепления — сделаны диски крепления, которые закрепляют
  нить к поверхности или другую нить.

• Жгутиковые
  железа : основные волокна липкого шелка.

• Совокупность
  железа : внешняя часть липкого шелка — капельки клейкого вещества
  откладывается по нитям.

Предоставлено
Тины Карвльо, Microangela

железы расположены на нижней стороне живота (см. схему ниже) и
содержат водянистую жидкость, известную как «дурь». Эта жидкость проходит через
фильера через множество микроскопических трубок, где рекуперация воды и
начинается затвердевание. Жидкость из разных желез может привести к одному и тому же
фильера из шелка с особыми свойствами, необходимыми для конкретной функции
может быть произведено. Обычно имеется три пары фильер, но это может
варьируются от 1 до 4 пар в зависимости от вида. Вещество выходит
через втулки, которые являются подвижными, похожими на пальцы выступами, и в результате
шелк появляется как твердое тело.