Паучий шелк - Spider silk

А садовый паук плести паутину
Женский экземпляр Аргиопа Бруенничи заворачивает добычу в шелк.
Бабье лето к Юзеф Хелмоньски (1875, Национальный музей в Варшава ) изображает крестьянку с тонкой нитью в руке.
Кокон паука

Паучий шелк это белок волокно закрученный пауки. Пауки используют свои шелк сделать сети или другие конструкции, которые функционируют как липкие сети для ловли других животных, или как гнезда или коконы для защиты их потомства или для укрытия добычи. Они также могут использовать свой шелк, чтобы подвешивать себя, парить в воздухе, или чтобы ускользнуть от хищников. Большинство пауков различаются толщиной и липкостью своего шелка для разных целей.

В некоторых случаях пауки могут даже использовать шелк в качестве источника пищи.[1] Хотя были разработаны методы насильственного сбора шелка с паука,[2] собрать шелк у многих пауков труднее по сравнению с организмами, прядущими шелк, такими как тутовые шелкопряды.

Все пауки производят шелк, и даже в не-веб-строительстве пауки, шелк тесно связан с ухаживанием и спариванием. Шелк, производимый самками, обеспечивает канал передачи вибрационных сигналов ухаживания самцов, в то время как сети и драглайны служат субстратом для половых феромонов самок. Наблюдения за пауками-самцами, производящими шелк во время половых контактов, также распространены среди филогенетически широко распространенных таксонов. Однако функция мужского шелка при спаривании мало изучена.[3]

Биоразнообразие

Использует

Все пауки производят шелк, а один паук может производить до семи различных типов шелка для различных целей.[4] Это контрастирует с шелком насекомых, где человек обычно производит только один тип шелка.[5] Паутинный шелк можно использовать по-разному, экологически чистыми способами, каждый из которых обладает свойствами, соответствующими функции шелка. По мере развития пауков менялись сложность и разнообразие их шелков, например, от примитивных сетей трубок 300–400 миллионов лет назад до сложных сетей сфер 110 миллионов лет назад.[6]

ИспользоватьПримерСсылка
Захват добычиПаутина сфер, созданная Araneidae (типичные ткачи кругов); трубчатые полотна; клубок паутины; листовые полотна; кружевные полотна, купольные полотна; одинарная нить, используемая пауками Bolas для «рыбалки».[4][6]
Иммобилизация добычиШелк использовался как «ленточки для укутывания» добычи. Часто сочетается с обездвижением добычи с помощью яда. У видов Сцитоды шелк сочетается с ядом и струится из хелицеры.[4]
РазмножениеПауки-самцы могут производить паутину спермы; яйца паука покрыты шелковыми коконами.[4][7]
Рассредоточение"Полет на воздушном шаре" или "кайтинг" Используется более мелкими пауками, чтобы парить в воздухе, например, для рассеивания.[8]
Источник едыВ клептопаразитарный Аргиродес поедание шелка паутины хозяина. Некоторые ежедневные ткачи временной паутины также ежедневно съедают собственный неиспользованный шелк, тем самым уменьшая тяжелые метаболические затраты.[1][9]
Подкладка и конструкция гнездаТрубчатые сети, используемые «примитивными» пауками, такими как европейский трубчатый паук (Segestria Florentina ). Нити выходят из гнезда, обеспечивая сенсорную связь с внешним миром. Шелк входит в состав крышек пауков, которые используют «люки», например, членов семейства. Ctenizidae, и паук "вода" или "водолазный колокол" Argyroneta aquatica строит водолазный колокол из шелка.[6]
Руководящие указанияНекоторые пауки, выходящие из укрытия, оставляют шелковый след, чтобы снова найти дорогу домой.[9]
Падающие и якорные линииМногие пауки, такие как Salticidae, которые выходят из укрытия и оставляют шелковый след, используйте его в качестве аварийной линии в случае падения с перевернутой или вертикальной поверхности. Многие другие, даже обитатели Интернета, при тревоге намеренно выпадают из сети, используя шелковую нить в качестве линии, по которой они могут вернуться в должное время. Некоторые, например виды Парамистария, также будет висеть на линии при кормлении.[9]
Линии сигнализацииНекоторые пауки, которые не плетут настоящую сеть-ловушку, раскладывают тревожную паутину, которую могут потревожить лапы их добычи (например, муравьи), давая паку сигнал выбежать и обезопасить еду, если она достаточно мала, или чтобы избежать контакта злоумышленник кажется слишком грозным.[9]
Феромональные тропыНекоторые блуждающие пауки оставляют в основном непрерывный след из шелка, пропитанного феромонами, по которому противоположный пол может следовать, чтобы найти себе пару.[9]

Типы

Женщина Argiope picta обездвиживая добычу, оборачивая насекомое занавеской из шёлковой ткани для последующего употребления в пищу

Соответствие спецификациям для всех этих экологических применений требует различных типов шелка, подходящих для различных широких характеристик, таких как волокно, структура волокон или шарик шелка. К этим типам относятся клеи и волокна. Некоторые типы волокон используются для структурной поддержки, другие - для создания защитных конструкций. Некоторые из них могут эффективно поглощать энергию, тогда как другие эффективно передают вибрацию. У паука эти типы шелка производятся в разных железах; Таким образом, шелк из определенной железы может быть связан с его использованием пауком.

ЖелезаИспользование шелка
Ампулят (основной)Драглайн шелк - используется для внешнего обода и спиц паутины, а также для спасательного троса и для полетов на воздушном шаре.
Ампулят (незначительный)Используется для временных строительных лесов при строительстве паутины.
ЖгутиковыеСпиральный шелк - используется для фиксации линий паутины.
ТрубчатыйШелк яичного кокона - используется для защиты яичных мешочков.
AciniformИспользуется для обертывания и защиты только что пойманной добычи; используется в паутине мужской спермы; используется в стабилизации.
СовокупныйШелковый клей из липких шариков.
ПириформИспользуется для образования связей между отдельными нитями для точек крепления.

Характеристики

Механические свойства

Каждый паук и каждый тип шелка обладают набором механических свойств, оптимизированных для их биологической функции.

Большинство шелков, в частности шелк драглайнов, обладают исключительными механическими свойствами. Они демонстрируют уникальное сочетание высоких предел прочности и расширяемость (пластичность ). Это позволяет шелковому волокну поглощать большое количество энергии перед разрывом (стойкость, то площадь под кривая растяжения).

Иллюстрация различий между жесткостью, жесткостью и прочностью

В средствах массовой информации часто делают ошибку, когда сравнивают прочность и прочность, сравнивая шелк с другими материалами.[нужна цитата ] Вес на вес, шелк прочнее стали, но не так прочен, как Кевлар. Шелк, однако, прочнее обоих.

Изменчивость механических свойств волокон паучьего шелка может иметь большое значение, и это связано со степенью их молекулярного выравнивания.[10] Механические свойства сильно зависят от условий окружающей среды, т. Е. Влажности и температуры.[11]

Сила

Драглайн шелк предел прочности сопоставима с таковой из высококачественного сплава стали (450-2000 МПа),[12][13] и примерно вдвое слабее арамид нити, такие как Twaron или кевлар (3000 МПа).[14]

Плотность

Состоящий в основном из белка, шелк примерно в шесть раз меньше плотности стали (1,3 г / см3).3). В результате прядь, достаточно длинная, чтобы облететь Землю, будет весить менее 500 граммов (18 унций). (Шелк драглайна паука имеет прочность на разрыв примерно 1,3ГПа. Предел прочности на разрыв, указанный для стали, может быть немного выше, например. 1,65 ГПа,[15][16] но паучий шелк - гораздо менее плотный материал, так что данный паучий шелк в пять раз прочнее, чем тот же вес стали.)

Плотность энергии

В плотность энергии шелка паука драглайна примерно 1.2×108 Дж / м3.[17]

Расширяемость

Шелк также чрезвычайно пластичный, причем некоторые из них могут растягиваться до пяти раз своей длины в расслабленном состоянии, не ломаясь.

Стойкость

Сочетание прочности и пластичности придает шелку драглайнов очень высокую стойкость (или работать до разрушения), что "равно коммерческой полиарамид (ароматический нейлон ) нити, которые сами по себе являются эталоном современной технологии полимерных волокон ».[18][19]

Температура

Хотя шелк для драглайнов вряд ли будет актуальным в природе, он может сохранять прочность при температурах ниже -40 ° C (-40 ° F) и до 220 ° C (428 ° F).[20] Как и во многих материалах, волокна шелка паука подвергаются стеклование. Температура стеклования зависит от влажности, так как вода пластификатор для шелка.[11]

Сверхсокращение

Под воздействием воды шелка драглайнов подвергается сверхсжатию, сокращаясь до 50% в длину и при растяжении ведет себя как слабая резина.[11] Было выдвинуто множество гипотез относительно его использования в природе, наиболее популярной из которых является автоматическое натяжение ткани, построенной ночью, с использованием утренней росы.[нужна цитата ]

Высочайшая производительность

Самый прочный из известных паучьих шелков производится видами Паук из коры Дарвина (Caerostris darwini): «Прочность волокон с принудительной обработкой шелком в среднем составляет 350 МДж / м3, с некоторыми пробами до 520 МДж / м3. Таким образом, К. дарвини шелк более чем в два раза прочнее любого ранее описанного шелка и более чем в 10 раз прочнее, чем кевлар ».[21]

Адгезионные свойства

Шелковое волокно - двухкомпонентный грушевидная форма секреция, спряденная в узоры (так называемые «прикрепляющие диски»), которые используются для прикрепления шелковых нитей к различным поверхностям с использованием минимального количества шелковой основы.[22] Грушевидные нити полимеризовать в условиях окружающей среды, немедленно становятся функциональными и могут использоваться неограниченно долго, оставаясь биоразлагаемыми, универсальными и совместимыми с множеством других материалов в окружающей среде.[22] Адгезионные свойства и долговечность крепежного диска контролируются функциями фильеры.[23] Некоторые адгезионные свойства шелка напоминают клей, состоящий из микрофибриллы и липид вольеры.[22]

Виды шелка

Многие виды пауков имеют разные железы производить шелк с разными свойствами для разных целей, в том числе для жилищного строительства, сеть строительство, защита, захват и задержание добыча, защита яиц и подвижность (тонкая "паутинка" для воздушный шар, или прядь, позволяющая пауку опускаться вниз при выдавливании шелка). Разные специализированные шелка эволюционировали со свойствами, подходящими для различных целей. Например, Argiope argentata имеет пять различных типов шелка, каждый из которых используется для разных целей:[24][25]

ШелкИспользовать
крупноампулярный (драглайн) шелкИспользуется для внешнего обода и спиц полотна, а также для спасательного троса. Может быть такой же прочной на единицу веса, как сталь, но намного прочнее.
захватно-спиральный (жгутиковый) шелкИспользуется для захвата строк в сети. Липкий, очень эластичный и прочный. Захватывающая спираль липкая из-за капель заполнителя (паучьего клея), помещенного на спираль. Эластичность жгутиконосцев позволяет агрегату прилипнуть к летящей в паутине воздушной добыче.
трубчатый (он же цилиндрический) шелкИспользуется для защиты мешочков для яиц. Самый жесткий шелк.
акиниформный шелкИспользуется для обертывания и защиты только что пойманной добычи. В два-три раза прочнее, чем другие шелка, включая драглайн.
малоампулярный шелкИспользуется для временных строительных лесов при строительстве паутины.
Грушевидная (грушевидная)Piriform служит прикрепляющим диском к шелку драглайна. Грушевидная форма используется для скрепления паучьего шелка вместе для создания прочной паутины.

Структурные

Макроскопическая структура вплоть до иерархии белков

Структура паучьего шелка. Внутри типичного волокна есть кристаллические области, разделенные аморфными связями. Кристаллы - это бета-листы, собранные вместе.

Шелк, как и многие другие биоматериалы, имеет иерархическую структуру. В первичная структура это аминокислота последовательность его белков (спидроин ), в основном состоящий из очень повторяющихся блоков глицина и аланина,[26][27] вот почему шелк часто называют блок-сополимером. На уровне вторичной структуры аланин с короткой боковой цепью в основном находится в кристаллических доменах (бета-листы ) нанофибриллы, глицин в основном находится в так называемой аморфной матрице, состоящей из спиральных структур и структур с бета-витками.[27][28] Именно взаимодействие между твердыми кристаллическими сегментами и напряженными упругими полуаморфными областями придает паучий шелк его исключительные свойства.[29][30] Для улучшения свойств волокна используются различные соединения, кроме белка. Пирролидин обладает гигроскопичными свойствами, что сохраняет шелк влажным, а также защищает от нашествия муравьев. В особо высоких концентрациях он встречается в клеевых нитках. Гидрофосфат калия релизы ионы водорода в водном растворе, в результате чего pH примерно 4, что делает шелк кислый и таким образом защищая его от грибы и бактерии которые иначе переваривали бы белок. Азотнокислый калий Считается, что предотвращает денатурацию белка в кислой среде.[31]

Эта первая очень простая модель шелка была представлена ​​Termonia в 1994 году.[32] который предположил, что кристаллиты встроены в аморфную матрицу, связанную водородными связями. С годами эта модель совершенствовалась: были обнаружены полукристаллические области.[27] а также модель сердцевины фибриллярной кожи, предложенная для паучьего шелка,[33] позже визуализированный AFM и ТЕМ.[34] Размеры нанофибриллярной структуры, кристаллической и полукристаллической областей были выявлены рассеяние нейтронов.[35]

Удалось связать микроструктурную информацию и макроскопические механические свойства волокон.[36] Результаты показывают, что упорядоченные области (i) в основном переориентируются за счет деформации для низкорастянутых волокон и (ii) доля упорядоченных областей прогрессивно увеличивается при более высоком растяжении волокон.


  • Схема паутины сферы, структурных модулей и структуры паучьего шелка.[37] Слева показан схематический рисунок паутины сфер. Красные линии представляют собой линию драглайна, радиальную линию и линии рамки, синие линии представляют спиральную линию, а центр паутины сфер называется «ступицей». Липкие шарики, нарисованные синим цветом, образуются через равные промежутки по спиральной линии из вязкого материала, выделяемого совокупной железой. Адгезивный цемент, выделяемый грушевидной железой, используется для соединения и фиксации различных линий. Микроскопически вторичная структура паучьего шелка состоит из спидроина и, как говорят, имеет структуру, показанную на правой стороне. В драглайне и радиальной линии переплетаются кристаллический β-лист и аморфная спиральная структура. Большое количество β-спиральной структуры придает упругие свойства захватывающей части паутины сфер. На диаграмме структурных модулей показана микроскопическая структура драглайна и радиальных линий, состоящая в основном из двух белков MaSp1 и MaSp2, как показано в верхней центральной части. На спиральной линии отсутствует область кристаллического β-листа.

Небелковый состав

В шелке пауков обнаружены различные соединения, помимо белка, такие как сахара, липиды, ионы и пигменты, которые могут влиять на агрегацию и действовать как защитный слой в конечном волокне.[17]

Биосинтез и прядение волокон

Производство шелка, в том числе паучьего шелка, отличается по важному аспекту от производства большинства других волокнистых биологических материалов: вместо того, чтобы постоянно выращивать в виде кератина в волосах, целлюлозы в клеточных стенках растений или даже волокон, образованных из уплотненных материалов. фекалии жуков;[17] он "спряден" по запросу из жидкого предшественника шелка из специализированных желез.[38]

Процесс вращения происходит, когда волокно отрывается от тела паука либо ногами паука, либо падением паука под собственным весом, либо любым другим способом, включая то, что его вытягивают люди. Термин «прядение» вводит в заблуждение, потому что вращения какого-либо компонента не происходит, а скорее происходит из аналогии с текстилем. прялки. Производство шелка - это пултрузия,[39] похоже на экструзию, с той тонкостью, что сила создается путем вытягивания готового волокна, а не выдавливания из резервуара. Непряденное шелковое волокно протягивается через шелк. железы из которых могут быть как многочисленные дубликаты, так и разные типы желез у любого вида пауков.[38]

Шелковая железа

Схема устройства прядения пауков и структурная иерархия в сборке шелка, связанная со сборкой в ​​волокна.[40][41][42][43][44] В процессе производства драглайнов белок первичной структуры сначала секретируется из секреторных гранул в хвосте.[45] В ампуле (нейтральная среда, pH = 7) белки образуют мягкую мицеллу размером в несколько десятков нанометров за счет самоорганизации, поскольку гидрофильные окончания исключены.[46] В ампулах концентрация белка очень высока.[47][48] Затем мицеллы вдавливаются в проток. Направление длинной оси молекул выровнено параллельно каналу за счет механической силы трения и частично ориентировано.[45][46][49] Непрерывное снижение pH от 7,5 до 8,0 в хвосте до предположительно близкого к 5,0 происходит в конце канала.[41][50][51] Ионный обмен, подкисление и удаление воды происходят в воздуховоде.[42] Силы сдвига и удлинения приводят к разделению фаз.[42] В кислотной ванне канала молекулы достигают жидкокристаллического состояния с высокой концентрацией.[52] Наконец, шелк вытягивается с внешней стороны конуса. Молекулы спиралей и β-листов становятся более стабильными из жидкого кристалла.

Видимая или внешняя часть железы называется фильера. В зависимости от сложности вида у пауков будет от двух до восьми прядильщиков, обычно парами. У разных пауков существуют очень разные специализированные железы, от простого мешочка с отверстием на одном конце до сложных, состоящих из нескольких частей больших ампульных желез. золотые шелковые ткачи.[53]

Позади каждой фильеры, видимой на поверхности паука, находится железа, обобщенная форма которой показана на рисунке справа «Схема обобщенной железы».

Схема обобщенной железы Золотая шелковая ткачиха. Каждая секция разного цвета выделяет отдельный участок железы.[54][55]
Характеристики железы
  1. Первая часть железы, обозначенная цифрой 1 на рисунке 1, - это секреторная или хвостовая часть железы. Стенки этой секции выложены клетками, которые секретируют белки Спидроин I и Спидроин II, основные компоненты драглайна этого паука. Эти белки находятся в форме капелек, которые постепенно удлиняются, образуя длинные каналы по длине конечного волокна, которые, как предполагается, помогают предотвратить образование трещин или даже самозаживление волокна.[56]
  2. Вторая секция - мешок для хранения вещей. Это хранит и поддерживает гелеобразный непряденый шелковый прядь, пока он не понадобится пауку. Помимо хранения непряденого шелкового геля, он выделяет белки, покрывающие поверхность конечного волокна.[18]
  3. Воронка быстро уменьшает большой диаметр резервуара для хранения до малого диаметра сужающегося канала.
  4. Конечная длина - это сужающийся канал, на котором формируется большая часть волокна. Он состоит из сужающейся трубки с несколькими тугими поворотами, клапана почти на конце (подробно упомянутого в пункте 5 ниже), заканчивающегося втулкой, из которой выходит твердое шелковое волокно. Трубка здесь гиперболически сужается, поэтому непряденый шелк находится под постоянным растягивающим напряжением сдвига, которое является важным фактором в формировании волокна. Эта часть канала выстлана клетками, которые обмениваются ионами, снижают pH раствора с нейтрального до кислого и удаляют воду из волокна.[57] В совокупности напряжение сдвига и изменения ионов и pH заставляют жидкую добавку для шелка претерпевать фазовый переход и конденсироваться в твердое белковое волокно с высокой молекулярной организацией. Втулка на конце имеет выступы, которые сжимают волокно, контролируя диаметр волокна и дополнительно удерживая воду.
  5. Почти в конце сужающегося воздуховода находится клапан, примерное положение которого отмечено цифрой «5» на рисунке 1. Хотя оно было обнаружено некоторое время назад, точное назначение этого клапана все еще обсуждается. Считается, что это помогает в перезапуске и соединении сломанных волокон,[58] действует во многом как винтовой насос, регулируя толщину волокна,[39] и / или зажимание волокна при падении паука.[58][59] Существует некоторое обсуждение сходства пресса шелкопряда тутового червя и роли, которую каждый из этих клапанов играет в производстве шелка в этих двух организмах.

На протяжении всего процесса непряденый шелк имеет нематическую текстуру,[60] аналогично жидкокристаллический, частично возникающий из-за чрезвычайно высокой концентрации белка в шелковом допинге (около 30% по весу на объем).[61] Это позволяет непряденому шелку течь через канал в виде жидкости, но при этом сохраняется молекулярный порядок.

На примере сложного прядильного поля прядильный аппарат взрослого человека Араней диадематус (паук садовый крестовик) состоит из желез, показанных ниже.[31] Подобная архитектура множественных желез существует у паука «черная вдова».[62]

  • 500 грушевидных желез для точек крепления
  • 4 ампульных сальника для перемычки
  • около 300 игловидных желез для внешней оболочки яичных мешочков и для ловли добычи
  • 4 трубчатых железы для шелка яичного мешка
  • 4 агрегатных сальника для клеевых функций
  • 2 венечных сальника для нити клеевых линий

Искусственный синтез

Однонить из искусственного паучьего шелка, полученная в лабораторных условиях.

Чтобы искусственно синтезировать шелк паука в волокна, необходимо покрыть две широкие области. Это синтез исходного материала (непряденый шелковый прядь у пауков) и синтез условий прядения (воронка, клапан, сужающийся канал и втулка). Было несколько различных подходов, но лишь немногие из этих методов позволили получить шелк, который можно эффективно синтезировать в волокна.

Сырье

Молекулярная структура непряденого шелка сложна и чрезвычайно длинна. Хотя это наделяет шелковые волокна желаемыми свойствами, это также затрудняет воспроизведение волокна. Различные организмы использовались в качестве основы для попыток воспроизвести некоторые компоненты или все некоторые или все задействованные белки. Затем эти белки необходимо экстрагировать, очистить и затем центрифугировать, прежде чем можно будет проверить их свойства.

ОрганизмПодробностиСреднее максимальное разрывное напряжение (МПа)Средний Напряжение (%)Ссылка
Паук из коры Дарвина (Caerostris darwini)Малагасийский паук известен тем, что плетет паутину с нитями длиной до 25 м через реки. "К. дарвини шелк более чем в два раза прочнее любого ранее описанного шелка »1850 ±35033 ±0.08[21]
Нефила клавипесТипичный паук для плетения золотых сфер710–120018–27[63][64]
Bombyx mori ШелкопрядаШелкопряды были генетически изменены для экспрессии белков пауков и измеренных волокон.[65]66018.5[66]
Кишечная палочкаСинтез большой и повторяющейся молекулы (~ 300 кДа ) сложен, но необходим для самого прочного шелка. Здесь Кишечная палочка был сконструирован для производства белка 556 кДа. Волокна, спряденные из этих синтетических спидроинов, являются первыми, которые полностью воспроизводят механические характеристики натурального паучьего шелка по всем распространенным параметрам.1030 ±11018 ±6[67]
КозыКозы были генетически модифицированы, чтобы выделять протеины шелка в их молоко, которое затем можно было очистить.285–25030–40[68]
Табак и картофельТабак и картофель растения были генетически модифицированы для производства белков шелка. Получены патенты,[69] но волокна еще не описаны в литературе.н / дн / д[70]

Геометрия

Шелка паука со сравнительно простой молекулярной структурой нуждаются в сложных каналах, чтобы можно было прядить эффективное волокно. Для производства волокон использовался ряд методов, основные типы которых кратко обсуждаются ниже.

Шприц и игла

Сырье просто проталкивается через полую иглу с помощью шприца. Было доказано, что этот метод многократно успешно делает волокна.[71][72]

Хотя это очень дешево и легко в производстве, форма и состояние сальника очень слабо приближены. Волокна, созданные с помощью этого метода, могут нуждаться в поощрении перехода из жидкого в твердое состояние путем удаления воды из волокна с помощью таких химикатов, как экологически нежелательные. метанол[73] или же ацетон,[72] а также может потребоваться дополнительное растяжение волокна для получения волокон с желаемыми свойствами.[74][71]

Микрофлюидика

Как поле микрофлюидика созревает, вполне вероятно, что будет предпринято больше попыток прядения волокон с использованием микрофлюидики. Их преимущество заключается в том, что они очень управляемы и могут тестировать прядение очень небольших объемов непряденного волокна.[75][76] но затраты на установку и разработку, вероятно, будут высокими. В этой области был выдан патент на прядение волокон способом, имитирующим естественный процесс, и коммерческая компания успешно непрерывно прядет волокна.[77]

Электропрядение

Электропрядение - это очень старая технология, при которой жидкость удерживается в контейнере таким образом, чтобы она могла вытекать за счет капиллярного действия. Проводящая подложка расположена ниже, и между жидкостью и подложкой приложена большая разница в электрическом потенциале. Жидкость притягивается к субстрату, и крошечные волокна почти мгновенно выпрыгивают из точки выброса, т.е. Конус Тейлора к субстрату, высыхая по мере движения. Было показано, что этот метод позволяет создавать нано-волокна как из шелка, выделенного из организмов, так и из регенерированный фиброин шелка.

Прочие искусственные формы из шелка

Шелку можно придать другие формы и размеры, такие как сферические капсулы для доставки лекарств, клеточные каркасы и заживление ран, текстиль, косметика, покрытия и многое другое.[78][79] Белки паучьего шелка также могут самоорганизовываться на супергидрофобных поверхностях с образованием нанопроволок, а также круглых листов микронного размера.[79] Недавно было показано, что рекомбинантные белки шелка пауков могут самоорганизовываться на границе раздела жидкость-воздух в стоячем растворе с образованием проницаемых для белков, сверхпрочных и сверхгибких мембран, которые поддерживают пролиферацию клеток. Предлагаемые области применения включают пересадку кожи и поддерживающие мембраны в «орган на чипе».[80]

Основные этапы исследований

Из-за того, что паучий шелк является областью научных исследований с долгой и богатой историей, могут иметь место досадные случаи, когда исследователи независимо повторно открывают ранее опубликованные результаты. Далее следует таблица открытий, сделанных в каждой из составляющих областей, признанных научным сообществом актуальными и значимыми с использованием показателя научного признания, цитирования. Таким образом, включены только статьи с 50 и более цитированием.

Таблица важных статей (50 и более ссылок)
Область вкладаГодОсновные исследователи [Ref]Название статьиВклад в поле
Химическая основа1960Фишер Ф. и Брандер Дж.[81]"Eine Analyze der Gespinste der Kreuzspinne" (Анализ аминокислотного состава паучьего шелка)
1960Лукас, Ф. и др.[82][83]«Состав шелковых фибронов членистоногих. Сравнительные исследования фиброинов»
Последовательность гена1990Сюй М. и Льюис Р. В.[84]«Структура белкового суперволокна - шелк паучьего драглайна»
Механические свойства1964Лукас, Ф.[85]«Пауки и их шелк»Впервые сравнили механические свойства паучьего шелка с другими материалами в научной статье.
1989Воллрат Ф. и Эдмондс Д. Т.[86]«Модуляция механических свойств паучьего шелка путем покрытия водой»Первая важная статья, предлагающая взаимодействие воды с фиброином шелка паука, изменяющее свойства шелка.
2001Воллрат Ф. и Шао З. З.[87]«Влияние условий прядения на механику шелка драглайна паука»
2006Plaza, G.R., Гвинея, G.V., Pérez-Rigueiro, J. & Elices, M.[11]«Термо-гигромеханическое поведение шелка драглайна пауков: стеклообразное и эластичное состояние»Комбинированное влияние влажности и температуры на механические свойства. Зависимость температуры стеклования от влажности.
Структурная характеристика1992Хинман, М. И Льюис, Р. В.[26]«Выделение клона, кодирующего второй фиброин шелка драглайна. Шелк драглайна Nephila clavipes представляет собой двухбелковое волокно»
1994Simmons, A. & et al.[88]«Твердотельный C-13 Nmr шёлка Nephila-Clavipes Dragline Silk устанавливает структуру и идентичность кристаллических областей»Первое ЯМР-исследование паучьего шелка.
1999Shao, Z., Vollrath, F. & et al.[89]«Анализ паучьего шелка в нативном и сверхсжатом состояниях с использованием рамановской спектроскопии»Первое рамановское исследование паучьего шелка.
1999Riekel, C., Muller, M. & et al.[90]«Аспекты дифракции рентгеновских лучей на одиночных паутинных волокнах»Первый рентгеновский снимок отдельных волокон шелка паука.
2000Knight, D.P., Vollrath, F. & et al.[91]«Бета-переход и разделение фаз, вызванное напряжением, при прядении шелка драглайна пауков»Подтверждение вторичного структурного перехода при прядении.
2001Рикель, К., Фоллрат, Ф.[92]«Экструзия шелкового волокна паука: комбинированные эксперименты по широко- и малоугловой рентгеновской микродифракции»Первый рентгеновский снимок на дурмане из паучьего шелка.
2002Ван Бик, Дж. Д. и др.[28]«Молекулярная структура шелка драглайна паука: складывание и ориентация белкового остова»
Отношения структура-свойство1986Гослайн, Г. & и другие.[93]«Структура и свойства паучьего шелка»Первая попытка связать структуру со свойствами паучьего шелка
1994Термония, Y[32]«Молекулярное моделирование эластичности паучьего шелка»Рентгеновские свидетельства, представленные в этой статье; простая модель кристаллитов, внедренных в аморфные области.
1996Simmons, A. & et al.[27]«Молекулярная ориентация и двухкомпонентность кристаллической фракции шелка драглайна пауков»Были определены два типа богатых аланином кристаллических областей.
2006Воллрат Ф. и Портер Д.[94]«Паучий шелк как типичный протеиновый эластомер»Новое понимание и модель паучьего шелка на основе моделирования группового взаимодействия.
Родной спиннинг1991Kerkam, K., Kaplan, D. & et al.[95]«Жидкая кристалличность секретов натурального шелка»
1999Найт, Д. И Фоллрат, Ф.[96]«Жидкие кристаллы и удлинение потока на линии по производству шелка паука»
2001Воллрат Ф. и Найт Д. П.[17]«Жидкокристаллическое прядение паучьего шелка»Самая цитируемая статья о паучьем шелке
2005Гвинея, G.V., Elices, M., Pérez-Rigueiro, J. & Plaza, G.R.[10]«Растяжение сверхсжатых волокон: связь между прядением и разнообразием паучьего шелка»Объяснение изменчивости механических свойств.
Восстановленный / синтетический паучий шелк и искусственное прядение1995Prince, J. T., Kaplan, D. L. & et al.[97]«Конструирование, клонирование и экспрессия синтетических генов, кодирующих шелк драглайна паука»Первый успешный синтез паучьего шелка Кишечная палочка.
1998Арчидиаконо, С., Каплан, Д.Л. & и другие.[98]«Очистка и характеристика рекомбинантного паучьего шелка, экспрессированного в Escherichia coli»
1998Зайдель, А., Елински, Л.В. & и другие.[99]«Искусственное прядение паучьего шелка»Первое контролируемое мокрое прядение восстановленного паучьего шелка.

Человеческое использование

Накидка из Мадагаскара золотой шар паук шелк[100]

Крестьяне южных Карпаты используется для резки труб, построенных Атипус и прикрыть раны внутренней подкладкой. Сообщается, что это облегчает заживление и даже связано с кожей. Считается, что это связано с антисептическими свойствами паучьего шелка.[101] и поскольку шелк богат витамин К, который может быть эффективным при свертывании крови.[102][проверять ] Из-за трудностей с извлечением и переработкой значительного количества паучьего шелка, самый большой известный кусок ткань из паучьего шелка представляет собой ткань размером 11 на 4 фута (3,4 на 1,2 м) с золотой оттенок сделан в Мадагаскар в 2009.[103] Восемьдесят два человека проработали четыре года, чтобы собрать более миллиона Золотые пауки и извлечь из них шелк.[104]

Шелк Нефила клавипес был использован в исследованиях, касающихся млекопитающее нейронный регенерация.[105]

Паучий шелк использовался как нить для перекрестие в оптических инструментах, таких как телескопы, микроскопы,[106] и оптический прицел.[107] В 2011 году волокна паучьего шелка использовались в области оптики для создания очень тонких дифракционных картин на N-щелевые интерферометрические сигналы используется в оптической связи.[108] В 2012 году волокна паучьего шелка были использованы для создания набора струн для скрипки.[109]

Разработка методов массовое производство паучий шелк привел к производству военных, медицинских и потребительских товаров, таких как баллистика броня, спортивная обувь, личная гигиена товары, грудной имплант и катетер покрытия, механические инсулин туфли, модная одежда и верхняя одежда.[110]

Паучий шелк используется для подвешивания термоядерный синтез с инерционным удержанием мишени во время лазерного зажигания, так как он остается достаточно эластичным и обладает высокой энергией разрушения при температурах до 10–20 К. Кроме того, он сделан из элементов с "легким" атомным номером, которые не будут излучать рентгеновские лучи во время облучения, который может предварительно нагреть мишень, так что перепад давления, необходимый для плавления, не будет достигнут.[111]

Паучий шелк использовался для создания биолинз, которые можно было бы использовать вместе с лазерами для создания изображений с высоким разрешением внутренней части человеческого тела.[1]

Попытки производства синтетического паучьего шелка

Воспроизведение сложных условий, необходимых для производства волокон, сравнимых с шелком паука, оказалось трудным в исследованиях и на ранних этапах производства. Через генная инженерия, кишечная палочка бактерии, дрожжи, растения, тутовые шелкопряды и животные были использованы для производства белков шелка пауков, которые имеют другие, более простые характеристики, чем у пауков.[110] Экструзия белковых волокон в водной среде известна как «мокрое прядение». До сих пор с помощью этого процесса производились шелковые волокна диаметром от 10 до 60 мкм по сравнению с диаметрами 2,5–4 мкм для натурального паучьего шелка. Искусственный шелк пауков содержит меньше и более простых белков, чем натуральный шелк драглайна, и, следовательно, в два раза меньше, чем у натурального шелка драглайна, по прочности и гибкости.[110]

  • В марте 2010 г. исследователи из Корейский передовой институт науки и технологий удалось сделать паучий шелк напрямую, используя бактерии Кишечная палочка, модифицированный определенными генами паука Нефила клавипес. Такой подход устраняет необходимость доить пауков и позволяет производить паучий шелк более экономичным способом.[112]
  • Белок шелка паука массой 556 кДа был изготовлен из 192 повторяющихся мотивов Нефила клавипес dragline spidroin, having similar mechanical characteristics as their natural counterparts, i.e., предел прочности (1.03 ± 0.11 GPa), модуль (13.7 ± 3.0 GPa), extensibility (18 ± 6%), and toughness (114 ± 51 MJ/m3).[67]
  • Компания AMSilk развитый спидроин using bacteria, making it into an artificial spider silk.[110][113]
  • Компания Bolt Threads produces a recombinant spidroin using yeast, for use in apparel fibers and personal care. They produced the first commercial apparel products made of recombinant spider silk, trademarked Microsilk™, demonstrated in ties and beanies. They have also partnered with vegan activist and luxury designer Стелла Маккартни а также Adidas to produce Microsilk™ garments.[114][115]
  • Компания Kraig Biocraft Laboratories used research from the Universities of Вайоминг и Нотр-Дам to create silkworms that were genetically altered to produce spider silk.[116][117]
  • The now defunct Canadian биотехнология company Nexia successfully produced spider silk protein in трансгенный козы that carried the gene for it; the milk produced by the goats contained significant quantities of the protein, 1–2 grams of silk proteins per litre of milk. Attempts to spin the protein into a fibre similar to natural spider silk resulted in fibres with tenacities of 2–3 grams per денье.[118] Nexia used wet spinning and squeezed the silk protein solution through small extrusion holes in order to simulate the behavior of the spinneret, but this procedure was not sufficient to replicate the stronger properties of native spider silk.[119]
  • The company Spiber has produced a synthetic spider silk that they are calling Q/QMONOS. In partnership with Goldwin, a ski parka made from this synthetic spider silk is currently in testing and is to be in mass production soon for less than $120,000 YEN.[120][121]

Рекомендации

  1. ^ а б Мияшита, Тадаши; Maezono, Yasunori; Shimazaki, Aya (2004). «Кормление шелком как альтернативная тактика поиска пищи у клептопаразитических пауков в сезонно меняющихся условиях окружающей среды» (PDF). Журнал зоологии. 262 (3): 225–229. CiteSeerX  10.1.1.536.9091. Дои:10.1017 / S0952836903004540.
  2. ^ Work, Robert W.; Emerson, Paul D. (1982). "An Apparatus and Technique for the Forcible Silking of Spiders". Journal of Arachnology. 10 (1): 1–10. JSTOR  3705113.
  3. ^ Scott, Catherine E.; Андерсон, Алисса Дж .; Andrade, Maydianne C. B. (August 2018). "A review of the mechanisms and functional roles of male silk use in spider courtship and mating". The Journal of Arachnology. 46 (2): 173–206. Дои:10.1636/JoA-S-17-093.1. ISSN  0161-8202. S2CID  53322197.
  4. ^ а б c d Foelix, R. F. (1996). Биология пауков. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п.330.
  5. ^ Sutherland, TD; Young, JH; Weisman, S; Hayashi, CY; Merritt, DJ (2010). "Insect silk: One name, many materials". Ежегодный обзор энтомологии. 55: 171–188. Дои:10.1146/annurev-ento-112408-085401. PMID  19728833.
  6. ^ а б c Hillyard, P. (2007). The Private Life of Spiders. Лондон: Новая Голландия. п. 160. ISBN  978-1-84537-690-1.
  7. ^ Nentwig, W. & Heimer, S. (1987). Wolfgang Nentwig (ed.). Ecological aspects of spider webs. Springer-Verlag. п. 211.
  8. ^ Flying spiders over Texas! От побережья к побережью. Chad B., Texas State University Undergrad В архиве 26 ноября 2011 г. Wayback Machine Describes the mechanical kiting of Spider "ballooning".
  9. ^ а б c d е Holm, Erik, Dippenaar-Schoeman, Ansie; Goggo Guide; Издатели LAPA (URL: WWW.LAPA.co.za). 2010 г.[страница нужна ]
  10. ^ а б Guinea, G.V.; Elices, M.; Pérez-Rigueiro, J. & Plaza, G.R. (2005). "Stretching of supercontracted fibers: a link between spinning and the variability of spider silk". Журнал экспериментальной биологии. 208 (1): 25–30. Дои:10.1242/jeb.01344. PMID  15601874.
  11. ^ а б c d Plaza, Gustavo R .; Гвинея, Густаво В .; Перес-Ригейро, Хосе; Elices, Manuel (2006). "Thermo-hygro-mechanical behavior of spider dragline silk: Glassy and rubbery states". Журнал науки о полимерах, часть B: Физика полимеров. 44 (6): 994–999. Bibcode:2006JPoSB..44..994P. Дои:10.1002/polb.20751.
  12. ^ Griffiths, J. R.; Salanitri, V. R. (1980). "The strength of spider silk". Journal of Materials Science. 15 (2): 491–496. Bibcode:1980JMatS..15..491G. Дои:10.1007/BF00551703. S2CID  135628690.
  13. ^ "Overview of materials for AISI 4000 Series Steel". www.matweb.com. Получено 18 августа 2010.
  14. ^ "DuPont Kevlar 49 Aramid Fiber". www.matweb.com. Получено 18 августа 2010.
  15. ^ Ganio Mego, Paolo (c. 2002). "Material Tensile Strength Comparison". Архивировано из оригинал 26 октября 2009 г.. Получено 3 января 2012.
  16. ^ Shao, Zhengzhong; Vollrath, F (2002). "Materials: Surprising strength of silkworm silk". Природа. 418 (6899): 741. Bibcode:2002Natur.418..741S. Дои:10.1038/418741a. PMID  12181556. S2CID  4304912.
  17. ^ а б c d Портер, Д .; Vollrath, F.; Shao, Z. (2005). "Predicting the mechanical properties of spider silk as a model nanostructured polymer". European Physical Journal E. 16 (2): 199–206. Bibcode:2005EPJE...16..199P. Дои:10.1140/epje/e2005-00021-2. PMID  15729511. S2CID  32385814.
  18. ^ а б Vollrath, F. & Knight, D. P. (2001). "Liquid crystalline spinning of spider silk". Природа. 410 (6828): 541–548. Bibcode:2001Natur.410..541V. Дои:10.1038/35069000. PMID  11279484. S2CID  205015549.
  19. ^ "Spider Silk". www.chm.bris.ac.uk. Получено 18 августа 2010.
  20. ^ Ян, Й .; Chen, X.; Shao, Z.; Zhou, P.; Портер, Д .; Knight, D. P.; Vollrath, F. (2005). "Toughness of Spider Silk at High and Low Temperatures". Современные материалы. 17: 84–88. Дои:10.1002/adma.200400344.
  21. ^ а б Агнарссон, Инги; Kuntner, Matjaž; Blackledge, Todd A. (2010). Lalueza-Fox, Carles (ed.). «Биоразведка позволяет найти самый прочный биологический материал: необыкновенный шелк гигантского речного шарообразного паука». PLOS ONE. 5 (9): 11234. Bibcode:2010PLoSO ... 511234A. Дои:10.1371 / journal.pone.0011234. ЧВК  2939878. PMID  20856804. открытый доступ
  22. ^ а б c Wolff, J. O.; Grawe, I; Wirth, M; Karstedt, A; Gorb, S. N. (2015). "Spider's super-glue: Thread anchors are composite adhesives with synergistic hierarchical organization". Мягкая материя. 11 (12): 2394–2403. Bibcode:2015SMat...11.2394W. Дои:10.1039/c4sm02130d. PMID  25672841.
  23. ^ Sahni, V; Харрис, Дж; Blackledge, T. A.; Dhinojwala, A (2012). "Cobweb-weaving spiders produce different attachment discs for locomotion and prey capture". Nature Communications. 3: 1106. Bibcode:2012NatCo...3.1106S. Дои:10.1038/ncomms2099. PMID  23033082.
  24. ^ Cunningham, Aimee (2009). "Taken for a spin: Scientists look to spiders for the goods on silk". Новости науки. 171 (15): 231–234. Дои:10.1002/scin.2007.5591711509.
  25. ^ Blackledge, TA; Hayashi, CY (2006). "Silken toolkits: Biomechanics of silk fibers spun by the orb web spider Argiope argentata (Fabricius 1775)". Журнал экспериментальной биологии. 209 (Pt 13): 2452–2461. Дои:10.1242/jeb.02275. PMID  16788028.
  26. ^ а б Hinman, M. B. & Lewis, R. V. (1992). "Isolation of a clone encoding a second dragline silk fibroin. Nephila clavipes dragline silk is a two-protein fiber". J. Biol. Chem. 267 (27): 19320–19324. PMID  1527052.
  27. ^ а б c d Simmons, A. H.; Michal, C. A. & Jelinski, L. W. (1996). "Molecular orientation and two-component nature of the crystalline fraction of spider dragline silk". Наука. 271 (5245): 84–87. Bibcode:1996Sci...271...84S. Дои:10.1126/science.271.5245.84. PMID  8539605. S2CID  40043335.
  28. ^ а б van Beek, J. D.; Hess, S.; Vollrath, F. & Meier, B. H. (2002). "The molecular structure of spider dragline silk: Folding and orientation of the protein backbone". Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 99 (16): 10266–10271. Bibcode:2002PNAS...9910266V. Дои:10.1073/pnas.152162299. ЧВК  124902. PMID  12149440.
  29. ^ Liu, Y .; Sponner, A.; Портер, Д .; Vollrath, F. (2008). "Proline and Processing of Spider Silks". Биомакромолекулы. 9 (1): 116–121. Дои:10.1021/bm700877g. PMID  18052126.
  30. ^ Papadopoulos, P.; Ene, R.; Weidner, I.; Kremer, F. (2009). "Similarities in the Structural Organization of Major and Minor Ampullate Spider Silk". Макромол. Rapid Commun. 30 (9–10): 851–857. Дои:10.1002/marc.200900018. PMID  21706668.
  31. ^ а б Heimer, S. (1988). Wunderbare Welt der Spinnen. Урания. п. 12
  32. ^ а б Termonia, Y. (1994). "Molecular Modeling of Spider Silk Elasticity". Макромолекулы. 27 (25): 7378–7381. Bibcode:1994MaMol..27.7378T. Дои:10.1021/ma00103a018.
  33. ^ Vollrath, F.; Holtet, T.; Thogersen, H. C. & Frische, S. (1996). "Structural organization of spider silk". Труды Королевского общества B. 263 (1367): 147–151. Bibcode:1996RSPSB.263..147V. Дои:10.1098/rspb.1996.0023. S2CID  136879037.
  34. ^ Sponner, A.; Vater, Wolfram, Wolfram; Monajembashi, Shamci, Shamci; Unger, Eberhard, Eberhard; Grosse, Frank, Frank; Weisshart, Klaus, Klaus (2007). Scheibel, Thomas (ed.). "Composition and hierarchical organization of a spider silk". PLOS ONE. 2 (10): e998. Bibcode:2007PLoSO...2..998S. Дои:10.1371/journal.pone.0000998. ЧВК  1994588. PMID  17912375. открытый доступ
  35. ^ Sapede, D.; Seydel, T.; Forsyth, V. T.; Koza, M. M.; Schweins, R.; Vollrath, F.; Riekel, C. (2005). "Nanofibrillar structure and molecular mobility in spider dragline silk". Макромолекулы. 34 (20): 623. Bibcode:2005MaMol..38.8447S. Дои:10.1021/ma0507995.
  36. ^ Plaza, G.R.; Pérez-Rigueiro, J.; Riekel, C.; Perea, G.B.; Agulló-Rueda, F.; Burghammer, M.; Guinea, G.V.; Elices, M. (2012). "Relationship between microstructure and mechanical properties in spider silk fibers: identification of two regimes in the microstructural changes". Мягкая материя. 8 (22): 6015–6026. Bibcode:2012SMat....8.6015P. Дои:10.1039/C2SM25446H.
  37. ^ Zhao, Yue; Hien, Khuat Thi Thu; Mizutani, Goro; Rutt, Harvey N. (June 2017). "Second-order nonlinear optical microscopy of spider silk". Прикладная физика B. 123 (6): 188. arXiv:1706.03186. Bibcode:2017ApPhB.123..188Z. Дои:10.1007/s00340-017-6766-z. S2CID  51684427.
  38. ^ а б Andersson, M; Johansson, J; Rising, A (2016). "Silk Spinning in Silkworms and Spiders". Международный журнал молекулярных наук. 17 (8): 1290. Дои:10.3390/ijms17081290. ЧВК  5000687. PMID  27517908.
  39. ^ а б Wilson, R. S. (1969). "control of drag-line spinning in certain spiders". Являюсь. Zool. 9: 103–. Дои:10.1093/icb/9.1.103.
  40. ^ Zhao, Yue; Li, Yanrong; Hien, K. T. T.; Mizutani, Goro; Rutt, Harvey N. (2019). "Observation of Spider Silk by Femtosecond Pulse Laser Second Harmonic Generation Microscopy". Серфинг. Interface Anal. 51 (1): 50–56. arXiv:1812.10390. Дои:10.1002/sia.6545. S2CID  104921418.
  41. ^ а б Rising, A.; Johansson, J. (2015). "Toward spinning artificial spider silk". Nat. Chem. Биол. 11 (5): 309–315. Дои:10.1038/nchembio.1789. PMID  25885958.
  42. ^ а б c Eisoldt, L.; Thamm, C.; Scheibel, T. (2012). "The role of terminal domains during storage and assembly of spider silk proteins". Биополимеры. 97 (6): 355–361. Дои:10.1002/bip.22006. PMID  22057429. S2CID  46685716.
  43. ^ Eisoldt, L.; Smith, A.; Scheibel, T. (2011). "Decoding the secrets of spider silk". Mater. Сегодня. 14 (3): 80–86. Дои:10.1016/S1369-7021(11)70057-8.
  44. ^ Tokareva, O.; Jacobsen, M.; Buehler, M.; Wong, J.; Kaplan, D. L. (2014). "Structure–function–property–design interplay in biopolymers: Spider silk". Acta Biomater. 10 (4): 1612–1626. Дои:10.1016/j.actbio.2013.08.020. ЧВК  3926901. PMID  23962644.
  45. ^ а б Vollrath, F.; Knight, D. P. (2001). "Liquid crystalline spinning of spider silk". Природа. 410 (6828): 541–548. Bibcode:2001Natur.410..541V. Дои:10.1038/35069000. PMID  11279484. S2CID  205015549.
  46. ^ а б Kluge, J. A.; Rabotyagova, O.; Leisk, G. G.; Kaplan, D. L. (2008). "Spider silks and their applications". Тенденции биотехнологии. 26 (5): 244–251. Дои:10.1016/j.tibtech.2008.02.006. PMID  18367277.
  47. ^ Hijirida, D. H.; Do, K. G.; Michal, C.; Wong, S.; Zax, D.; Jelinski, L. W. (1996). "13C NMR of Nephila clavipes major ampullate silk gland". Биофиз. J. 71 (6): 3442–3447. Bibcode:1996BpJ....71.3442H. Дои:10.1016/S0006-3495(96)79539-5. ЧВК  1233831. PMID  8968613.
  48. ^ Lefvre, T.; Boudreault, S.; Cloutier, C.; Pezolet, M. (2008). "Conformational and orientational transformation of silk proteins in the major ampullate gland of Nephila clavipes spiders". Биомакромолекулы. 9 (9): 2399–2407. Дои:10.1021/bm800390j. PMID  18702545.
  49. ^ Lewis, R. V. (2006). "Spider silk: Ancient ideas for new biomaterials". Chem. Rev. 106 (9): 3762–3774. Дои:10.1021/cr010194g. PMID  16967919.
  50. ^ Андерссон, М .; и другие. (2014). "Carbonic anhydrase generates CO2 and H+ that drive spider silk formation via opposite effects on the terminal domains". ПЛОС Биол. 12 (8): e1001921. Дои:10.1371/journal.pbio.1001921. ЧВК  4122339. PMID  25093327.
  51. ^ Kronqvist, N.; и другие. (2014). "Sequential pH-driven dimerization and stabilization of the N-terminal domain enables rapid spider silk formation". Nat. Сообщество. 5: 3254. Bibcode:2014NatCo...5.3254K. Дои:10.1038/ncomms4254. PMID  24510122.
  52. ^ Knight, D. P.; Vollrath, F. (1999). "Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line". Proc. R. Soc. B. 266 (1418): 519–523. Дои:10.1098/rspb.1999.0667. ЧВК  1689793.
  53. ^ Dicko, C.; Портер, Д .; Bond, J .; Kenney, J. M. & Vollratht, F. (2008). "Structural disorder in silk proteins reveals the emergence of elastomericity". Биомакромолекулы. 9 (1): 216–221. Дои:10.1021/bm701069y. PMID  18078324.
  54. ^ Lefèvre, T.; Boudreault, S.; Cloutier, C. & Pézolet, M. (2008). "Conformational and orientational transformation of silk proteins in the major ampullate gland of Nephila clavipes spiders". Биомакромолекулы. 9 (9): 2399–2407. Дои:10.1021/bm800390j. PMID  18702545.
  55. ^ Heim, M.; Keerl, D. & Scheibel, T. (2009). "Spider Silk: From Soluble Protein to Extraordinary Fiber". Angewandte Chemie International Edition. 48 (20): 3584–3596. Дои:10.1002/anie.200803341. PMID  19212993.
  56. ^ Heinhorst, S.; Cannon, G. (2002). "Nature: Self-Healing Polymers and Other Improved Materials". J. Chem. Образовательный. 79 (1): 10. Bibcode:2002JChEd..79...10H. Дои:10.1021/ed079p10.
  57. ^ Knight, D. P.; Vollrath, F. (1 April 2001). "Changes in element composition along the spinning duct in a Nephila spider". Die Naturwissenschaften. 88 (4): 179–182. Bibcode:2001NW.....88..179K. Дои:10.1007/s001140100220. ISSN  0028-1042. PMID  11480706. S2CID  26097179.
  58. ^ а б Vollrath, F. & Knight, D. P. (1998). "Structure and function of the silk production pathway in spider Nephila edulis". Int J Biol Macromol. 24 (2–3): 243–249. Дои:10.1016/S0141-8130(98)00095-6. PMID  10342771.
  59. ^ Wilson, R. S. (1962). "The Control of Dragline Spinning in the Garden Spider". Ежеквартальный журнал микроскопической науки. 103: 557–571.
  60. ^ Magoshi, J.; Magoshi, Y. & Nakamura, S. (1985). "Physical properties and structure of silk: 9. Liquid crystal formation of silk fibroin". Polym. Сообщество. 26: 60–61.
  61. ^ Чен, Синь; Knight, David P.; Vollrath, Fritz (1 July 2002). "Rheological characterization of nephila spidroin solution". Биомакромолекулы. 3 (4): 644–648. Дои:10.1021/bm0156126. ISSN  1525-7797. PMID  12099805.
  62. ^ Jeffery, F; La Mattina, C; Tuton-Blasingame, T; Hsia, Y; Gnesa, E; Zhao, L; Franz, A; Vierra, C (2011). "Microdissection of Black Widow Spider Silk-producing Glands". Journal of Visualized Experiments (47): 2382. Дои:10.3791/2382. ЧВК  3341101. PMID  21248709.
  63. ^ Elices, M.; Plaza, G.R.; Arnedo, M.A .; Perez-Rigueiro, J.; Torres, F.G. & Guinea, G. (2009). "Mechanical Behavior of Silk During the Evolution of Orb-Web Spinning Spiders". Биомакромолекулы. 10 (7): 1904–1910. Дои:10.1021/bm900312c. PMID  19505138.
  64. ^ Swanson, B. O.; Blackledge, T. A.; Summers, A. P. & Hayashi, C. Y. (2006). "Spider dragline silk: Correlated and mosaic evolution in high-performance biological materials" (PDF). Эволюция. 60 (12): 2539–2551. Дои:10.1554/06-267.1. PMID  17263115. S2CID  14862626.
  65. ^ Shao, Z. Z. & Vollrath, F. (2002). "Materials: Surprising strength of silkworm silk". Природа. 418 (6899): 741. Bibcode:2002Natur.418..741S. Дои:10.1038/418741a. PMID  12181556. S2CID  4304912.
  66. ^ Wen, H. X.; и другие. (2010). "Transgenic silkworms (Bombyx mori) produce recombinant spider dragline silk in cocoons". Molecular Biology Reports. 37 (4): 1815–1821. Дои:10.1007/s11033-009-9615-2. PMID  19633923. S2CID  12924107.
  67. ^ а б Bowen, C.H. (2018). "Recombinant Spidroins Fully Replicate Primary Mechanical Properties of Natural Spider Silk]". Биомакромолекулы. 19 (9): 3853–3860. Дои:10.1021/acs.biomac.8b00980. HDL:2060/20180007385. PMID  30080972.
  68. ^ Elices, M.; Guinea, G. V.; Plaza, G. R.; Karatzas, C.; Riekel, C.; Agulló-Rueda, F.; Daza, R.; Pérez-Rigueiro, J. (2011). "Bioinspired Fibers Follow the Track of Natural Spider Silk". Макромолекулы. 44 (5): 1166–1176. Bibcode:2011MaMol..44.1166E. Дои:10.1021/ma102291m.
  69. ^ US patent 2008109923, Lewis, R. V., "Expression of spider silk proteins", published 2010-05-25, assigned to University of Wyoming 
  70. ^ Scheller, J. & Conrad, U. (2005). "Plant-based material, protein and biodegradable plastic". Текущее мнение в области биологии растений. 8 (2): 188–196. Дои:10.1016/j.pbi.2005.01.010. PMID  15753000.
  71. ^ а б Lazaris, A .; Arcidiacono, S, S; Huang, Y, Y; Zhou, J. F., JF; Duguay, F, F; Chretien, N, N; Welsh, E. A., EA; Soares, J. W., JW; Karatzas, C. N., CN (2002). "Spider silk fibers spun from soluble recombinant silk produced in mammalian cells". Наука. 295 (5554): 472–476. Bibcode:2002Sci...295..472L. Дои:10.1126 / science.1065780. PMID  11799236. S2CID  9260156.
  72. ^ а б Зайдель, А .; Liivak, Oskar; Calve, Sarah; Adaska, Jason; Ji, Gending; Yang, Zhitong; Grubb, David; Zax, David B.; Jelinski, Lynn W. (2000). "Regenerated spider silk: Processing, properties, and structure". Макромолекулы. 33 (3): 775–780. Bibcode:2000MaMol..33..775S. Дои:10.1021/ma990893j.
  73. ^ Arcidiacono, S .; Mello, Charlene M.; Butler, Michelle; Welsh, Elizabeth; Soares, Jason W.; Allen, Alfred; Ziegler, David; Laue, Thomas; Chase, Susan (2002). "Aqueous processing and fiber spinning of recombinant spider silks". Макромолекулы. 35 (4): 1262–1266. Bibcode:2002MaMol..35.1262A. Дои:10.1021/ma011471o.
  74. ^ Xia, X. X.; и другие. (2010). "Native-sized recombinant spider silk protein produced in metabolically engineered Escherichia coli results in a strong fiber". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (32): 14, 059–14, 063. Bibcode:2010PNAS..10714059X. Дои:10.1073/pnas.1003366107. ЧВК  2922564. PMID  20660779.
  75. ^ Kinahan, M. E.; и другие. (2011). "Tunable Silk: Using Microfluidics to Fabricate Silk Fibers with Controllable Properties". Биомакромолекулы. 12 (5): 1504–1511. Дои:10.1021/bm1014624. ЧВК  3305786. PMID  21438624.
  76. ^ Rammensee, S.; Slotta, U.; Scheibel, T. & Bausch, A. R. (2008). "Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins (microfluidic)". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (18): 6590–6595. Bibcode:2008PNAS..105.6590R. Дои:10.1073/pnas.0709246105. ЧВК  2373321. PMID  18445655.
  77. ^ Spintec Engineering GmbH (на немецком)
  78. ^ Eisoldt, L.; Smith, A. & Scheibel, T. (2011). "Decoding the secrets of spider silk". Mater. Сегодня. 14 (3): 80–86. Дои:10.1016/s1369-7021(11)70057-8.
  79. ^ а б Gustafsson, L.; Jansson, R.; Hedhammar, M. & van der Wijngaart, W. (2018). "Structuring of Functional Spider Silk Wires, Coatings, and Sheets by Self-Assembly on Superhydrophobic Pillar Surfaces". Adv. Матер. 30 (3): 1704325. Дои:10.1002/adma.201704325. PMID  29205540.
  80. ^ Густафссон, Линнеа; Панайотис Тасиопулос, Христос; Янссон, Ронни; Квик, Матиас; Дуурсма, Тиджс; Гассер, Томас Кристиан; ван дер Вейнгарт, Воутер; Хедхаммар, Май (16 августа 2020 г.). «Рекомбинантный паучий шелк образует жесткие и эластичные наномембраны, которые проницаемы для белков и поддерживают прикрепление и рост клеток». Advanced Functional Materials. 30 (40): 2002982. Дои:10.1002 / adfm.202002982.
  81. ^ Fischer, F. & Brander, J. (1960). "Eine Analyse der Gespinste der Kreuzspinne". Hoppe-Seyler's Zeitschrift für Physiologische Chemie. 320: 92–102. Дои:10.1515/bchm2.1960.320.1.92. PMID  13699837.
  82. ^ Lucas, F.; Shaw, J. T. B. & Smith, S. G. (1960). "The Composition of Arthropod Silk Fibrons". Insect Chemistry. Symp. 3: 208–214.
  83. ^ Lucas, F.; Shaw, J. T. B. & Smith, S. G. (1960). "Comparative studies of fibroins.I. The amino acid composition of various fibroins and its significance in relation to their crystal structure and taxonomy". Журнал молекулярной биологии. 2 (6): 339–349. Дои:10.1016/S0022-2836(60)80045-9. PMID  13763962.
  84. ^ Xu, M. & Lewis, R. V. (1990). "Structure of a Protein Superfiber - Spider Dragline Silk". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 87 (18): 7120–7124. Bibcode:1990PNAS...87.7120X. Дои:10.1073/pnas.87.18.7120. ЧВК  54695. PMID  2402494.
  85. ^ Lucas, F. (1964). "Spiders and their silks". Открытие. 25: 20–26.
  86. ^ Vollrath, F. & Edmonds, D. T. (1989). "Modulation Of The Mechanical-Properties Of Spider Silk By Coating With Water". Природа. 340 (6231): 305–307. Bibcode:1989Natur.340..305V. Дои:10.1038/340305a0. S2CID  4355740.
  87. ^ Vollrath, F.; Madsen, B. & Shao, Z. Z. (2001). "The effect of spinning conditions on the mechanics of a spider's dragline silk". Труды Королевского общества B. 268 (1483): 2339–2346. Дои:10.1098 / rspb.2001.1590. ЧВК  1088885. PMID  11703874.
  88. ^ Simmons, A .; Ray, E. & Jelinski, L. W. (1994). "Solid-State C-13 NMR of Nephila-Clavipes Dragline Silk Establishes Structure and Identity of Crystalline Regions". Макромолекулы. 27 (18): 5235–5237. Bibcode:1994MaMol..27.5235S. Дои:10.1021/ma00096a060.
  89. ^ Shao, Z.; Vollrath, F.; Sirichaisit, J. & Young, R. J. (1999). "Analysis of spider silk in native and supercontracted states using Raman spectroscopy". Полимер. 40 (10): 2493–2500. Дои:10.1016/S0032-3861(98)00475-3.
  90. ^ Riekel, C.; Bränden, C; Craig, C; Ferrero, C; Heidelbach, F; Müller, M (1999). "Aspects of X-ray diffraction on single spider fibers". Int. J. Biol. Макромол. 24 (2–3): 179–186. Дои:10.1016/S0141-8130(98)00084-1. PMID  10342763.
  91. ^ Knight, D. P.; Knight, M. M. & Vollrath, F. (2000). "Beta transition and stress-induced phase separation in the spinning of spider dragline silk". Int. J. Biol. Макромол. 27 (3): 205–210. Дои:10.1016/S0141-8130(00)00124-0. PMID  10828366.
  92. ^ Riekel, C. & Vollrath, F. (2001). "Spider silk fibre extrusion: combined wide- and small-angle X- ray microdiffraction experiments". Int. J. Biol. Макромол. 29 (3): 203–210. Дои:10.1016/S0141-8130(01)00166-0. PMID  11589973.
  93. ^ Gosline, J.M .; DeMont, M. E. & Denny, M. W. (1986). "The structure and properties of spider silk". Стараться. 10: 37–43. Дои:10.1016/0160-9327(86)90049-9.
  94. ^ Vollrath, F. & Porter, D. (2006). "Spider silk as an archetypal protein elastomer". Мягкая материя. 2 (5): 377–385. Bibcode:2006SMat....2..377V. Дои:10.1039/b600098n. PMID  32680251. S2CID  97234857.
  95. ^ Kerkam, K.; Viney, C.; Kaplan, D. & Lombardi, S. (1991). "Liquid Crystallinity of Natural Silk Secretions". Природа. 349 (6310): 596–598. Bibcode:1991Natur.349..596K. Дои:10.1038/349596a0. S2CID  4348041.
  96. ^ Knight, D. P. & Vollrath, F. (1999). "Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line". Труды Королевского общества B. 266 (1418): 519–523. Дои:10.1098/rspb.1999.0667. ЧВК  1689793.
  97. ^ Prince, J. T.; McGrath, K. P.; Digirolamo, C. M. & Kaplan, D. L. (1995). "Construction, Cloning, and Expression of Synthetic Genes Encoding Spider Dragline Silk". Биохимия. 34 (34): 10879–10885. Дои:10.1021/bi00034a022. PMID  7662669.
  98. ^ Arcidiacono, S .; Mello, C .; Каплан, Д .; Cheley, S. & Bayley, H. (1998). "Purification and characterization of recombinant spider silk expressed in Escherichia coli". Прикладная микробиология и биотехнология. 49 (1): 31–38. Дои:10.1007/s002530051133. PMID  9487707. S2CID  35267049.
  99. ^ Зайдель, А .; Liivak, O. & Jelinski, L. W. (1998). "Artificial Spinning of Spider Silk". Макромолекулы. 31 (19): 6733–6736. Bibcode:1998MaMol..31.6733S. Дои:10.1021/ma9808880.
  100. ^ Maev Kennedy (24 January 2012). "Spider silk cape goes on show at V&A". хранитель.
  101. ^ Heimer, S. (1988). Wunderbare Welt der Spinnen. Урания. п. 14
  102. ^ Jackson, Robert R. (1974). "Effects of D-Amphetamine Sulfate and Diazepam on Thread Connection Fine Structure in a Spider's Web". Journal of Arachnology. 2 (1): 37–41. JSTOR  3704994.
  103. ^ [http://www.vam.ac.uk/content/articles/g/golden-spider-silk/ Golden spider silk] Victoria & Albert Museum
  104. ^ Leggett, Hadley (23 September 2009). "1 Million Spiders Make Golden Silk for Rare Cloth". Проводной.
  105. ^ Allmeling, Christina; Jokuszies, Andreas; Reimers, Kerstin; Kall, Susanne; Vogt, Peter M. (2006). "Use of spider silk fibres as an innovative material in a biocompatible artificial nerve conduit". Журнал клеточной и молекулярной медицины. 10 (3): 770–777. Дои:10.1111/j.1582-4934.2006.tb00436.x. ЧВК  3933158. PMID  16989736.
  106. ^ Berenbaum, May R., Field Notes – Spin Control, The Sciences, The New York Academy Of Sciences, September/October 1995
  107. ^ Example of use of spider silk for telescopic rifle sights. Bonnier Corporation. 1955 г.. Получено 24 августа 2011.
  108. ^ Duarte F. J.; Taylor, T S; Black, A M; Davenport, W E; Varmette, P G (2011). "N-slit interferometer for secure free-space optical communications: 527 m intra interferometric path length". Journal of Optics. 13 (3): 5710. Bibcode:2011JOpt...13c5710D. Дои:10.1088/2040-8978/13/3/035710.
  109. ^ Osaki, Shigeyoshi (2012). "Spider Silk Violin Strings with a Unique Packing Structure Generate a Soft and Profound Timbre". Письма с физическими проверками. 108 (15): 154301. Bibcode:2012PhRvL.108o4301O. Дои:10.1103/PhysRevLett.108.154301. PMID  22587257.
  110. ^ а б c d Service, Robert F. (18 October 2017). "Spinning spider silk into startup gold". Science Magazine, American Association for the Advancement of Science. Получено 26 ноября 2017.
  111. ^ http://www.lle.rochester.edu/media/publications/documents/theses/Bonino.pdf
  112. ^ Xia, Xiao-Xia; Qian, Zhi-Gang; Ki, Chang Seok; Park, Young Hwan; Kaplan, David L.; Lee, Sang Yup (2010). "Native-sized recombinant spider silk protein produced in metabolically engineered кишечная палочка results in a strong fiber". Труды Национальной академии наук. 107 (32): 14059–14063. Bibcode:2010PNAS..10714059X. Дои:10.1073/pnas.1003366107. JSTOR  25708855. ЧВК  2922564. PMID  20660779.
  113. ^ "Draadkracht: spindoctors maken supersterk nepweb" [Wire strength: spin doctors make super strong fake cobweb] (in Dutch). KIJK. 21 апреля 2012 г.. Получено 15 октября 2014.
  114. ^ https://boltthreads.com/technology/microsilk
  115. ^ https://boltthreads.com/technology/silk-protein
  116. ^ "University of Notre Dame and Kraig Biocraft Laboratories Create Artificial Spider Silk Breakthrough" (Пресс-релиз). Kraig Biocraft Laboratories. 29 сентября 2010 г.. Получено 3 января 2012.
  117. ^ "Fraser Research Publicly Announced at Press Conference" (Пресс-релиз). Университет Нотр-Дам. 1 октября 2010 г. Архивировано с оригинал 10 октября 2010 г.. Получено 3 января 2012.
  118. ^ Kluge, Jonathan A.; Rabotyagova, Olena; Leisk, Gary G.; Kaplan, David L. (May 2008). "Spider silks and their applications". Тенденции в биотехнологии. 26 (5): 244–251. Дои:10.1016/j.tibtech.2008.02.006. PMID  18367277.
  119. ^ Scheibel, Thomas (November 2004). "Spider silks: recombinant synthesis, assembly, spinning, and engineering of synthetic proteins". Фабрики микробных клеток. 3 (1): 14. Дои:10.1186/1475-2859-3-14. ЧВК  534800. PMID  15546497.
  120. ^ https://www.goldwin-sports.com/us/feature/goldwinskijacket/
  121. ^ https://qz.com/708298/synthetic-spider-silk-could-be-the-biggest-technological-advance-in-clothing-since-nylon/

внешняя ссылка