Qmonos – sztuczny, mocny, lekki jedwab

jedwab

Japońska firma Spiber opracowała materiał o nazwie Qmonos. Jest to produkowana syntetycznie pajęczyna, wytwarzana przez bakterie.

Naukowcy dzięki syntetyzowanym genom „zmusili” bakterie do produkcji fibroin. Fibroina to białko z grupy białek fibrylarnych, kóre stanowi główny składnik budulcowy naturalnych włókien jedwabiu oraz pajęczyny. Technologia pozwala na sprawne uprawianie kultur bakterii wytwarzających sploty fibroin.

Białku nadano nazwę „QMONOS” (z japońskiego wyrażenia „Kumo-no-su”) czyli pajęczyna. Jedwabna sieć składa się z łańcuchów aminokwasów. Pajęczyna ma wyjątkowe właściwości mechaniczne – wysoką wytrzymałość na rozciąganie i rozciągliwość. Takie połączenie właściwości umożliwia włóknom absorbowanie dużej ilości energii zanim ulegnie uszkodzeniu.

Pomimo tego, że włókna te są jednymi z najlżejszych na świecie, są także jednymi z najwytrzymalszych. Gdyby stworzyć pajęczynę o odpowiedniej rozpiętości z włóknami grubości co najmniej 1 cm, to taka siatka potrafiłaby zatrzymać Jumbo Jeta.

Jedwabne, pajęcze włókna są siedem razy mocniejsze od włókien aramidowych, które wykorzystywane są przy produkcji kamizelek kuloodpornych. Ponadto ważą 40% mniej niż włókna węglowe. Pajęczyna zachowuje swoją elastyczność i wytrzymałość w temperaturach od -40 do +220 stopni Celsjusza.

Naukowcy od dawna próbują zsyntetyzować włókna z fibroiny. Jedynym problemem jest trudność w pozyskaniu tego materiału.

Jedwab przeznaczony na zwykłe tkaniny produkowany jest przez jedwabniki, których tysiące mogę żyć i pracować obok siebie. W przeciwieństwie do nich, pająki są drapieżnikami terytorialnymi. Są wymagające i trudne w przypadku pozyskiwania materiału. Pająki nie są tak przyjazne i mają tendencje do zjadania pozostałych. Hodowla pająków jest kosztowna, ponieważ potrzeba około 400 pająków, aby wyprodukować 0,85 metra kwadratowego tkaniny z jedwabiu pajęczego.

Pajęczy jedwab ma złożoną strukturę na poziomie molekularnym. Naukowcom ze Spiber udało się rozwiązać ten problem przez budowę systemu syntezy genów. Do tej pory opracowali bibliotekę 250 typów genów jedwabiu pajęczego.

Dzięki zastosowaniu bioinformatyki naukowcy mogą analizować sekwencje aminokwasów i projektować geny w celu maksymalizacji wytrzymałości, stabilności, elastyczności, funkcjonalności, oraz termostabilności. Zmodyfikowane geny są syntetyzowane, a następnie wprowadzone do spirali DNA bakterii E.Coli, gdzie następuje indukcja mikroorganizmów produkujących fibroinę.

Źródło składników odżywczych dla bakterii stanowi zrównoważona biomasa. Fibroina jest produkowana jest w procesie fermentacji, następnie poddawana jest rafinacji. Włókno QMONOS formuje się w procesie przędzenia. QMONOS może zostać przekształcone w cienką warstwę, żel, gąbkę, proszek oraz nanowłókna.

Opracowana technologia przędzenia włókien pozwoliła osiągnąć wytrzymałość porównywalną z naturalnym pajęczym jedwabiem. Naukowcy stworzyli podstawy formowania włókien w masowej produkcji. Poza zastosowaniem w produkcji odzieży, QMONOS może być stosowany w sporcie, w przemyśle samochodowym, czy w produkcji kombinezonów kosmicznych.

We współpracy z Kojima Industries Corporation, Spiber obecnie buduje zakład produkcji próbnej zdolny do wytwarzania 100 kg QMONOS miesięcznie. Planowane uruchomienie instalacji to 2015 rok.

Źródło:
[1] http://www.spiber.jp/en/rd/ | 25.06.2013
[2] http://www.robaid.com/bionics/spiber-qmonos-a-tough-and-lightweight-artificial-spider-silk.htm | 25.07.2013
[3] Silk Thread – Talat Sao – Vientiane – Laos by Adam Jones (Adam63), Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *