Siid, mis moodustab võrgu radiaalsed niidid, koosneb kahest valgust, mis määravad selle tugevuse ja elastsuse. Iga valk sisaldab kolme erinevate omadustega piirkonda. Esimene moodustab amorfse (mittekristallilise) veniva maatriksi, mis annab siidile elastsuse. Kui putukas tabab võrku, maatriks venib, neelates putukatega kokkupõrke kineetilise energia. Siidile annavad selle jäikuse kaht tüüpi kristalsed piirkonnad, mis on põimitud iga valgu amorfsesse piirkonda. Mõlemal piirkonnal on tihedalt pakitud struktuur ja need ei ole venitatavad, kusjuures ühel neist on jäik struktuur. Arvatakse, et vähem jäigad kristalsed piirkonnad ankurdavad jäigad kristalsed struktuurid amorfse maatriksi külge.
Veebi niidi paksus on ainult
0,1
juuksekarva läbimõõt, kuid mitu korda tugevam kui sama kaaluga terastraat. Filmis Spider-Man alahinnatakse veebi tugevust suuresti.
Seletus pärineb bioloogilt William K. Purvesilt Harvey Muddi kolledžist.
Ämbliku kõht on suurendatud 12 korda. Võrkude tootmise tehas.
Liikuvatest torudest väljub valk, mis õhus olles kõvastub, moodustades ülitugeva niidi.
Vasakpoolsel pildil on Kevlar ja paremal nanotoru – süsinikniit. Katsed näitavad rohkem kui kolm korda suuremat tugevust. Ja see on alles algus.
Keerme, traadi, isegi võrgu ristlõige, ükskõik kui väike see ka poleks, omab siiski teatud geomeetrilist kuju, enamasti ringi kuju. Pealegi on ühe võra ristlõike läbimõõt või, ütleme, paksus umbes 5 mikronit (5 }
Mm. Kas on midagi peenemat kui ämblikuvõrk? WHO
U000 ) U U
kõige osavam “peen kuduja”? Ämblik või äkki siidiuss? Ei. Loodusliku siidniidi läbimõõt on 18 mikronit, s.o. niit on 3" / 2 korda paksem kui üks võrk.
Inimesed on juba ammu unistanud ämbliku- ja siidiussikunstist oma oskustega ületada. Hämmastava kuduja, kreeka Arachnea kohta on vana legend. Ta valdas kudumist nii täiuslikult, et kõik kangad olid õhukesed nagu ämblikuvõrk, läbipaistvad kui klaas ja kerged kui õhk. Ateena ise, tarkusejumalanna ja käsitöö patroon, ei suutnud temaga võistelda.
Riis. 162.
See legend, nagu paljud teised iidsed legendid ja fantaasiad, on meie ajal saanud reaalsuseks. Moodne Arachnea, kõige osavam “peen ketraja”, osutusid keemiainseneriks, kes lõid tavalisest puidust ebatavaliselt õhukese ja üllatavalt tugeva tehiskiu. Siidniidid, mis on saadud näiteks vase-ammoniaagi tööstuslikul meetodil, on 2'/g korda õhemad kui ämblikuvõrgud ja peaaegu sama tugevad kui looduslikud siidniidid. Looduslik siid talub kuni 30 kg koormust 1 ruutmeetri kohta. mm ristlõige ja vask-ammoniaak - kuni 25 kg 1 ruutmeetri kohta. mm.
Vase-ammoniaagi siidi valmistamise meetod on uudishimulik. Puit muudetakse tselluloosiks ja tselluloos lahustatakse vase ammoniaagilahuses. Lahuse joad valatakse läbi õhukeste aukude vette, vesi eemaldab lahusti, mille järel keritakse tekkinud niidid vastavatele seadmetele. Vase-ammoniaagi siidniidi paksus on 2 mikronit. Niinimetatud atsetaat, ka kunstlik siid on 1 mikroni paksem. Hämmastavalt on teatud tüüpi atsetaatsiid tugevam kui terastraat! Kui terastraat talub koormust 110 kg ristlõike ruutmillimeetri kohta, siis atsetaatsiidist niit 126 kg 1 ruutmeetri kohta. mm.
Riis. 163.
Meile kõigile tuntud viskoossiidi keerme paksus on umbes 4 mikronit ja ülim tugevus 20–62 kg 1 ruutmeetri kohta. mm ristlõige. Joonisel fig. 162 näitab ämblikuvõrgu, juuste, erinevate kunstkiudude, aga ka villa- ja puuvillakiudude võrdlevat paksust ning joonis fig. 163 - nende tugevus kilogrammides 1 ruutmeetri kohta. mm. Kunstlik või, nagu seda nimetatakse ka, sünteetiline kiud, on üks suurimaid kaasaegseid tehnilisi avastusi ja sellel on tohutu majanduslik tähtsus. Insener Buyanov ütleb järgmist: "Puuvill kasvab aeglaselt ja selle kogus sõltub kliimast ja saagist. Loodusliku siidi tootja – siidiuss – on oma võimalustega äärmiselt piiratud. Oma elu jooksul keerutab ta kookonit, milles on vaid 0,5 g siidniiti...
Kunstsiidi kogus, mis saadakse keemilisel töötlemisel alates 1 kuupmeetrist. m puitu, asendab 320 000 siidikookonit või 30 lambalt aastast villaniidet või keskmise puuvillasaagi alates ’/g ha. Sellest kiust piisab nelja tuhande paari naistesukkide või 1500 meetri siidkanga tootmiseks.
Ämblikud kuuluvad Maa vanimate elanike hulka: esimeste ämblikulaadsete jälgi leiti kivimitest, mille vanus on 340–450 miljonit aastat. Ämblikud on umbes 200–300 miljonit aastat vanemad kui dinosaurused ja rohkem kui 400 miljonit aastat vanemad kui esimesed imetajad. Loodusel on olnud piisavalt aega, et mitte ainult suurendada ämblikuliikide arvu (teada on umbes 60 tuhat), vaid ka varustada paljud neist kaheksajalgsetest kiskjatest hämmastava jahipidamise vahendiga - võrguga. Veebi muster võib olla erinev mitte ainult erinevad tüübid, aga ka ühes ämblikus teatud kemikaalide, näiteks lõhkeainete või narkootiliste ainete juuresolekul. Ämblikud kavatseti isegi kosmosesse saata, et uurida mikrogravitatsiooni mõju veebimustrile. Kõige rohkem saladusi peitis aga aine, millest veebi koosneb.
Veeb, nagu meie karvad, loomakarvad ja siidiussi niidid, koosneb peamiselt valkudest. Kuid iga ämblikulõnga polüpeptiidahelad on põimunud nii ebatavaliselt, et need on saavutanud peaaegu rekordilise tugevuse. Üks ämbliku toodetud niit on sama tugev kui võrdse läbimõõduga terastraat. Ämblikuvõrgust kootud köis, mis on vaid umbes pliiatsi jämedune, mahutas paigal buldooserit, tanki ja isegi nii võimsa õhubussi nagu Boeing 747. Kuid terase tihedus on kuus korda suurem kui ämblikuvõrkudel.
On teada, kui suur on siidniitide tugevus. Klassikaline näide on Arizona arsti vaatlus aastal 1881. Selle arsti ees toimus tulistamine, milles üks tulistajatest sai surma. Kaks kuuli tabasid rindu ja läksid otse läbi. Samal ajal torkasid iga haava tagant välja siidist taskurätiku tükid. Kuulid läbisid rõivaid, lihaseid ja luid, kuid ei suutnud nende teele sattunud siidi rebida.
Miks kasutatakse tehnoloogias teraskonstruktsioone, mitte aga kergemaid ja elastsemaid - ämblikuvõrkudega sarnasest materjalist? Miks ei asendata siidist langevarju sama materjali vastu? Vastus on lihtne: proovige teha sellist materjali, mida ämblikud iga päev kergesti toodavad – see ei tööta!
Teadlased kogu maailmast on pikka aega uurinud kaheksajalgsete kudujate võrgu keemilist koostist ja tänapäeval on pilt selle struktuurist enam-vähem täielikult paljastatud. Võrguahelal on fibroiini nimelise valgu sisemine tuum ja seda südamikku ümbritsevad kontsentrilised glükoproteiini nanokiudude kihid. Fibroiin moodustab ligikaudu 2/3 võrgu massist (nagu ka muide looduslik siidikiud). See on viskoosne siirupine vedelik, mis polümeriseerub ja kõveneb õhu käes.
Glükoproteiini kiud, mille läbimõõt võib olla vaid mõni nanomeeter, võivad paikneda paralleelselt fibroiinniidi teljega või moodustada keerme ümber spiraale. Glükoproteiinid - kompleksvalgud, mis sisaldavad süsivesikuid ja mille molekulmass on 15 000 kuni 1 000 000 amu - esinevad mitte ainult ämblikes, vaid ka kõigis loomade, taimede ja mikroorganismide kudedes (mõned valgud vereplasmas, lihaskudedes, rakumembraanides jne. .).
Võrgu moodustumisel on glükoproteiini kiud omavahel seotud vesiniksidemete, samuti CO ja NH rühmade vaheliste sidemete tõttu ning märkimisväärne osa sidemeid tekib ämblikulaadsete ämblikunäärmetes. Glükoproteiinimolekulid võivad moodustada vedelkristalle, millel on vardakujulised killud, mis kuhjuvad üksteisega paralleelselt, andes struktuurile tahke aine tugevuse, säilitades samal ajal vedeliku voolamise võime.
Veebi põhikomponendid on kõige lihtsamad aminohapped: glütsiin H 2 NCH 2 COOH ja alaniin CH 3 CHNH 2 COOH. Veebis on ka anorgaanilisi aineid – kaaliumvesinikfosfaati ja kaaliumnitraati. Nende funktsioonid taanduvad võrgu kaitsmisele seente ja bakterite eest ning tõenäoliselt tingimuste loomisele niidi enda moodustumiseks näärmetes.
Veebi eripäraks on selle keskkonnasõbralikkus. See koosneb ainetest, mida looduskeskkond kergesti omastab ega kahjusta seda keskkonda. Sellega seoses pole veebil inimkätega loodud analooge.
Ämblik võib toota kuni seitse erineva struktuuri ja omadustega niiti: ühed „võrkude püüdmiseks”, teised enda liikumiseks, teised signaalimiseks jne. Peaaegu kõik need niidid võiksid leida laialdast rakendust nii tööstuses kui ka igapäevaelus, kui oleks võimalik luua nende laialdane tootmine. Vaevalt on aga võimalik ämblikke, nagu siidiusse, "taltsutada" või ainulaadseid ämblikufarme korraldada: ämblike agressiivsed harjumused ja nende iseloomuomadused ei võimalda seda tõenäoliselt teha. Ja ainult 1 m võrgukanga valmistamiseks on vaja rohkem kui 400 ämbliku tööd.
Kas on võimalik taastoota ämblike kehas toimuvaid keemilisi protsesse ja kopeerida looduslikku materjali? Teadlased ja insenerid on juba ammu välja töötanud Kevlari - aramiidkiu tehnoloogia:
toodetud tööstuslikus mastaabis ja lähenedes ämblikuvõrkude omadustele. Kevlari kiud on ämblikuvõrkudest viis korda nõrgemad, kuid siiski nii tugevad, et neid kasutatakse kergete kuulivestide, kaitsekübarate, kinnaste, köite jms valmistamiseks. Kevlarit toodetakse aga kuumades väävelhappelahustes, samas kui ämblikud vajavad regulaarset temperatuuri. Keemikud ei tea veel, kuidas sellistele tingimustele läheneda.
Biokeemikud on aga jõudnud materjaliteaduse probleemi lahendamisele lähemale. Kõigepealt tuvastati ja dešifreeriti ämblikugeenid, programmeerides ühe või teise struktuuriga niitide moodustumist. Tänapäeval kehtib see 14 ämblikuliigi kohta. Seejärel sisestasid Ameerika spetsialistid mitmest uurimiskeskusest (iga rühm iseseisvalt) need geenid bakteritesse, püüdes saada vajalikke valke lahuses.
Kanada biotehnoloogiaettevõtte Nexia teadlased viisid sellised geenid hiirtele, läksid seejärel üle kitsedele ja kitsed hakkasid tootma piima sama valguga, mis moodustab võrgu niidi. 1999. aasta suvel programmeeriti kaks Aafrika pügmeet, Peter ja Webster, geneetiliselt tootma kitsi, kelle piim seda valku sisaldas. See tõug on hea, sest järglased saavad täiskasvanuks kolme kuu vanuselt. Ettevõte vaikib endiselt piimast niitide valmistamisest, kuid on juba registreerinud oma loodud uue materjali nime - "BioSteel". Ajakirjas “Science” avaldati artikkel “bioterase” omadustest (“Science”, 2002, kd 295, lk 427).
Saksa spetsialistid Gaterslebenist läksid teist teed: nad tõid taimedesse – kartulisse ja tubakasse – ämblikulaadsed geenid. Neil õnnestus kartulimugulatest ja tubakalehtedest saada kuni 2% lahustuvaid valke, mis koosnesid peamiselt spidroiinist (ämblike peamine fibroiin). Eeldatakse, et kui toodetud spidroiini kogused muutuvad märkimisväärseks, kasutatakse seda esmalt meditsiiniliste sidemete valmistamiseks.
Geneetiliselt muundatud kitsedelt saadud piima ei erista maitse järgi naturaalsest piimast. Geneetiliselt muundatud kartulid on sarnased tavalisega: põhimõtteliselt võib neid ka keeta ja praadida.
IN erinevad riigid Biotehnoloogiaettevõtted on õppinud valmistama ämblikuvõrkudest kunstlikke analooge, kuid loodusliku polümeeri täiustamisest on nad veel kaugel. Seda on võimalik saavutada ainult siis, kui mõistame, millised füüsikalised või keemilised struktuuriomadused vastutavad veebi ainulaadsete mehaaniliste omaduste eest ning rakendusprobleemi lahendamise edukus sõltub otseselt alusuuringute tulemustest.
Alates 2007. aastast on sellesse töösse kaasatud rühm teadlasi bioloogiateaduskonna biotehnika osakonnast. nime saanud Moskva Riiklik Ülikool M.V. Lomonossov füüsika- ja matemaatikateaduste doktori, professori juhendamisel K.V.Shaitana, ja nende uuringute tulemused kergitasid selle loodusliku polümeeri mõningate saladuste eesriide.
Aga mis sellel pistmist on? biotehnoloogia? Võib-olla saab ämblikuvõrke toota looduslikult, nagu siidi? On ju siidiussi röövikute kootud kookonitest siidniitide tootmismahud väga märkimisväärsed. Selliseid katseid on tegelikult isegi leiutatud ämbliku "lüpsmine". ja õrnade niitide ettevaatlik kerimine aeglaselt pöörlevale poolile (Debabov ja Bogush, 1999; Work ja Emerson, 1982).
Oli mitmeid takistusi. Esiteks ämblike tülis olemus: koos hoides lähevad need loomad tülli ja sööge üksteist. Teiseks toodab iga ämblik väga vähe võrku: hinnanguliselt on see nii 500 g kiu tootmiseks on vaja 27 tuhat ämblikku keskmise suurusega. On selge, et lülijalgsete tootlikkus ei rahulda tõenäoliselt tööstuslikke nõudmisi. On ainult üks väljapääs: õppige seda kunstlikult hankima.
Möödunud sajandi 90ndaid ja selle algust iseloomustas veebi omaduste ja struktuuri uurimise kasvav voog. Eriti suur huvi oli Ühendkuningriigis, Saksamaal, USA-s ja Jaapanis. Leiti, et võrgul on siidile sarnane valguline olemus. Ämblikel on mitut tüüpi ämblikunäärmeid ja erinevat tüüpi võrke:
- üks on mõeldud kookonite ehitamiseks, kuhu emased munevad,
- teine on langevarjuhüppamiseks, kui peate põgenema,
- kleepuv - võrgu püüdva osa ehitamiseks,
- raam - millele see asetatakse.
Tugevaim võrk on raami, ja seda on teistest paremini uuritud. Selles domineerivad kaks valku, nn spidroiinid(inglise keelest spider - ämblik). Need on väga pikad – igaüks sisaldab 2,5-3 tuhat aminohappejääki.
Üks raamivõrgu valke kerakudumine ämblik Nephila clavipes nimetati USA lõunaosas laialt levinud kuni meetrise läbimõõduga kalavõrguga. spidroiin-1, teine - spidroiin-2. Esimene on veidi lühem kui teine: spidroiin-1 molekulmass on 275 tuhat aatommassiühikut, spidroiin-2 on 320.
Erinevatel ämblikuliikidel erinevad need valgud veidi nii suuruse - 180 kuni 720 tuhande amu kui ka aminohapete järjestuse poolest, kuid neil kõigil on ühine tunnus - samade või peaaegu identsete aminohappejärjestuste kordumine, sealhulgas osa mitmest järjestikusest alaniini jäägist (tavaliselt neli kuni üheksa) ja piirkond, kus glütsiinijäägid korduvad sageli.
Valkude füüsikalis-keemilised omadused on määratud nende aminohappejärjestuste omadustega ja spidroiinid pole erand. Spidroiinide ainulaadne omadus on glütsiini ja alaniini rikaste segmentide vaheldumine. Just see määrab, kuidas molekul ruumis kokku voltitakse, kuidas mitmed molekulid kokku voltivad fibrill ja tellis selliste fibrillide pakkimise nanofibrillidämblikkiud ja lisaks on molekulide otstes spetsiaalsed mitmekümne hüdrofiilsete omadustega aminohappe rühmad.
Tänu märkimisväärsetele jõupingutustele, mis on tehtud ämblikuvõrgu valkude ruumilise korralduse kõigi nende tasemete uurimisele, on palju selgeks saanud, kuigi täielik selgus pole veel täielik.
Esiteks põhiküsimus: tänu millele saavutatakse võrgu märkimisväärsed mehaanilised omadused?
Röntgendifraktsioonianalüüsi kasutanud uuringud (Warwicker, 1960; Glisovic ja Salditt, 2007) näitasid, et ämblikunäärme sekretsioonis moodustavad mitme valgu molekuli niidid palju tihedaid pakke, mille mõõtmed on 2 × 5 × 7 nm. Arvatakse, et need on tihedalt külgnevad alaniinisaidid. Selliseid struktuure nimetatakse β-lehtedeks. Paljud ämbliksiidi uurijad usuvad, et võrk võlgneb oma tugevuse just neile ning glütsiinirikkad killud kõverduvad spiraalideks ja annavad elastsust (Simmons et al., 1994; Parkhe jt, 1997, van Beek et al., 2002 jne. .).
Molekulaarsel tasandil toimuvate protsesside paremaks mõistmiseks pöördusid Moskva ülikooli bioloogid arvuti modelleerimine. See võimaldab molekulide struktuuri ja aatomitevahelise interaktsiooni energia andmete põhjal numbrilises eksperimendis määrata molekulide selliseid omadusi nagu pikenemine ja tõmbetugevus, jälgida, kuidas molekulid üksteisega interakteeruvad – looduskatses on see nii. äärmiselt raske, kui mitte saavutatav. Numbrilised katsed viidi läbi superarvutitehnoloogiate abil.
"Arahnoidkiudpeptiidide näitel suutsime näidata, et sekundaarstruktuuri stabiilsus ei sõltu ainult aminohappejärjestusest, vaid ka molekulaarkeskkonnast," ütleb uuringu autor. I. Oršanski. "Mitme peptiidi kompleksidel on stabiilsem sekundaarne struktuur nii polüalaniini peptiidide kui ka interalaniini peptiidide puhul."
Ja ometi jääb see saladuseks: mis muudab vedela eritise imeliseks tugevaks niidiks – tahkeks ja lahustumatuks?
Kui see õnnestuks üksikasjalikult välja selgitada, ilmneks võti selle protsessi reprodutseerimiseks ja seega ka samade omadustega niidi kunstlikuks saamiseks. Lisaks teeb ämblik seda kiiresti, mis tähendab, et on võimalik saavutada kõrge tootlikkus.
Nüüdseks on teada (Scheibel et al., 2009), et võrgu “küpsemise” käigus, enne ämblikunäärmest väljumist, toimub spidroiini lahuses palju muutusi: ämblikukuded eraldavad sellest vett, mille tõttu valkude kontsentratsioon suureneb. suureneb ning neid ekstraheeritakse ümbritsevast lahusest naatriumi- ja klooriioonid, kuid kaaliumi-, fosfaadioonide ja vesiniku sisaldus suureneb, samas kui keskkonna reaktsioon väheneb 6,9-lt 6,3-le ja muutub veidi happelisemaks.
Kõigi nende ja muude, veel arvestamata protsesside tulemusena muudab valk kiiresti konfiguratsiooni. Ja mis kõige tähelepanuväärsem, see juhtub tavalisel temperatuuril ja rõhul ning ilma toksilisi reaktiive kasutamata, mida tuleb kasutada näiteks teiste sünteetiliste polümeeride, eelkõige kevlari tootmisel, ja ilma mürgiste jäätmeteta. Samuti on teada, et vabanenud niidi pinge mõjutab selle tugevust: kui värsket niiti jõuga venitada, osutub võrk õhemaks ja tugevamaks.
Tänaseks on teatavat edu saavutatud tehisämblikuvõrkude hankimisel. 90ndate algus Ameerika teadlased kloonisid rakkudesse Escherichia coli spidroiini geenid, mis moodustavad ämbliku Nephila clavipes selgroo. Geenitehnoloogia tehnikaid kasutades on saanud võimalikuks sisestada spidroiini geenifragmente teiste organismide genoomi ja eraldada neist sünteesitud valk. in vivo.
Sarnastel eesmärkidel kasutatakse sageli sama bakterit Echerichia coli, kuid see tehnoloogia ei sobi spidroiinide jaoks: nende molekulid on bakterite jaoks liiga suured, mistõttu biotehnoloogid pöörasid tähelepanu suurematele organismidele.
IN Saksamaaõnnestus siirdada kartuli ja tubaka genoomi kerakudumise geene ning spidroiini saagikus ulatus nende taimede koguvalgu massist kuni 2%-ni.
IN jaapanlane Shinsu ülikool sisestas spidroiini geeni siidiussi Bombyx mori genoomi, nüüd toodavad nende röövikud kiudu, mis koosneb 10% ämblikuvõrgu valkudest.
kanadalane Biotehnoloogiaettevõte Nexia on teatanud, et on edukalt sisestanud spidroiini geeni esmalt hamstritesse ja seejärel kitsedesse, mille tulemuseks on valgud, mida saab nende piimast eraldada, kuigi väga väikestes kogustes. Kuid kõige sagedamini, sh. Venemaa biotehnoloogilistes laborites kasutatakse nendel eesmärkidel pärmi - Pichia pastorist, mis oksüdeerib metaani, ja õllepärmi - Saccharomices cerevisiae.
IN Venemaa tunnustatud liider kunstlike spidroiinide tootmises - Riiklik Tööstuslike mikroorganismide geneetika ja selektsiooni instituut(GosNIIGenetika). Alates 2001. aastast akadeemiku juhitud teadusrühm Vene akadeemia põllumajandusteadused, Venemaa Teaduste Akadeemia korrespondentliige, professor V.G. Debabova töötab välja meetodeid rekombinantsete spidroiinide tootmiseks.
Kerakuduva ämbliku Nephila clavipes cDNA teadaolevast nukleotiidjärjestusest valisid biotehnoloogid välja mitu tüüpilist sektsiooni, sünteesisid vastavad geenid ja sisestasid need pärmi genoomi. Eraldatud valgust valmistatud lahus tsentrifuugitakse, lastakse läbi pisikese augu kontsentreeritud etüülalkoholiks, kus see muutub kiududeks.
Nende kolleeg pärit Bioorgaanilise Keemia Instituut RAS D.V.Klinov töötas välja meetodi erineva paksusega kilede valmistamiseks lahusest elektripihustamise teel. Reguleerides alglahuse valgusisaldust ja alkoholi kontsentratsiooni ning muutes järgneva töötlemise kulgu, mis hõlmab alkoholis venitamist, vees leotamist ja kuumkuivatamist, püüavad teadlased valida tingimused tugevaima ja elastseima kiu loomiseks. .
Kunstliku veebiga töötamine pole mitte ainult rakenduslik, vaid ka fundamentaalne teaduslik tähendus.
"See probleem on bioloogia, valgutehnoloogia ja materjaliteaduse ristumiskohas," ütleb Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonna bioinseneri osakonna professor K.V. Shaitan. "Mõistmine, kuidas aminohappejärjestus mõjutab nanokiudude omadusi, avab tee soovitud võimekusega nanofibrillide kunstlikuks loomiseks."
Moskva Riikliku Ülikooli bioloogiateaduskonna biotehnika osakonna spetsialistid koos kolleegidega Riiklikust Geneetika Uurimisinstituudist ja Transplantoloogia ja tehisorganite instituut Vene Föderatsiooni tervishoiu- ja sotsiaalarengu ministeerium uurib niidi omadusi erinevad etapid selle töötlemine, et lahti harutada selle sekundaarse, tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri saladused (Bougush et al., 2008).
Uurides elektronskaneeriva mikroskoobi all värske, töötlemata tehisniidi – omamoodi ämblikunäärme küpse keerleva lahuse analoogi – pinda ja purunemisi avastasid nad, et niit oli tegelikult käsnjas materjalist õõnes toru, mida on täis palju. sfäärilised augud läbimõõduga 0,15 -1 mikronit ja tahke materjali paksuses on sama suurusega valgugloobulid. Väiksemad gloobulid suurusega 50-250 nm leitakse mõningate töötlemisvõimalustega niitide pinnal.
Teadlased on märganud, et sama kuju ja suurusega moodustisi leidub ka ämblike ketruslahuses - võib-olla on need samad mitsellid, millel ameeriklaste hüpotees põhineb? Kuid GosNIIgenetikas sünteesitud spidroiinide fragmentidel puuduvad looduslikele spidroiinidele iseloomulikud spetsiifilised terminaalsed fragmendid! See tähendab, et viis, kuidas molekulid mitsellidesse pakitakse, erineb olemasolevate hüpoteeside puhul eeldatust.
Kui enne alkoholist eemaldamist rekombinantse spidroiini niiti venitada – seda nähakse analoogina looduslikku võrku keerutava ämblikuga –, siis selle struktuur muutub: tekivad õhukesed fibrillid läbimõõduga 200–900 nm, neid on näha. kasutades aatomjõu mikroskoopi. Looduslik veeb sisaldab ka mikrofibrillid, aga need on kümme korda õhemad.
Lähemal uurimisel osutusid õhukesed fibrillid pigem helmesteks: need vahelduvad paksenevate ja õhemate alade vahel. Transmissioonelektronmikroskoobi all, mis võimaldab objekti uurida läbi ülekande ja suurema suurendusega, leiti mikrofibrillide seest 10-15 nm läbimõõduga kandmeid, mis on rühmitatud kuni 250 nm pikkusteks pikistruktuurideks. On põhjust arvata, et tegemist on sama klastritega nanofibrillid, mis pakuvad looduslike ämblikuvõrkude ainulaadseid mehaanilisi omadusi.
E. Krasnova, bioloogiateaduste kandidaat
Vastupidavatel materjalidel on lai kasutusala. Pole ainult kõige kõvem metall, vaid ka kõige kõvem ja vastupidavam puit, samuti kõige vastupidavamad kunstlikult loodud materjalid.
Kus kasutatakse kõige vastupidavamaid materjale?
Tugevaid materjale kasutatakse paljudes eluvaldkondades. Nii on Iirimaa ja Ameerika keemikud välja töötanud tehnoloogia, mille abil toodetakse vastupidavat tekstiilkiudu. Sellest materjalist niidi läbimõõt on viiskümmend mikromeetrit. See on loodud kümnetest miljonitest nanotorudest, mis on omavahel polümeeri abil ühendatud.Selle elektrit juhtiva kiu tõmbetugevus on kolm korda suurem kui kerakudumisämbliku võrgul. Saadud materjali kasutatakse ülikergete soomusvestide ja spordivarustuse valmistamiseks. Teise vastupidava materjali nimi on USA kaitseministeeriumi tellimusel loodud ONNEX. Lisaks soomusvestide tootmisele saab uut materjali kasutada ka lennujuhtimissüsteemides, andurites ja mootorites.
On olemas teadlaste välja töötatud tehnoloogia, tänu millele saadakse aerogeelide muundamisel tugevaid, kõvasid, läbipaistvaid ja kergeid materjale. Nende põhjal on võimalik toota kergeid soomusrüüdeid, tankidele mõeldud soomust ja vastupidavaid ehitusmaterjale.
Novosibirski teadlased leiutasid uue põhimõttega plasmareaktori, tänu millele on võimalik toota ülitugevat tehismaterjali nanotuubuleeni. See materjal avastati kakskümmend aastat tagasi. See on elastse konsistentsiga mass. See koosneb põimikutest, mida palja silmaga ei näe. Nende põimikute seinte paksus on üks aatom.
Asjaolu, et aatomid tunduvad olevat “Vene pesanuku” põhimõttel üksteise sisse pesastunud, teeb nanotuubuleenist kõige vastupidavama materjali. Kui seda materjali lisada betoonile, metallile ja plastile, suureneb nende tugevus ja elektrijuhtivus oluliselt. Nanotuubuleen aitab muuta autod ja lennukid vastupidavamaks. Kui uus materjal jõuab laialdaselt tootmisse, võivad teed, majad ja seadmed muutuda väga vastupidavaks. Neid on väga raske hävitada. Nanotuubuleeni ei ole selle väga kõrge hinna tõttu laialdaselt tootmises veel kasutusele võetud. Kuid Novosibirski teadlastel õnnestus selle materjali maksumust oluliselt vähendada. Nüüd saab nanotuubuleeni toota mitte kilogrammides, vaid tonnides.
Kõige kõvem metall
Kõigist tuntud metallidest on kroom kõige kõvem, kuid selle kõvadus sõltub suuresti selle puhtusest. Selle omadused on korrosioonikindlus, kuumakindlus ja tulekindlus. Kroom on valkjassinise tooniga metall. Selle Brinelli kõvadus on 70-90 kgf / cm2. Kõige kõvema metalli sulamistemperatuur on tuhat üheksasada seitse kraadi Celsiuse järgi, mille tihedus on seitse tuhat kakssada kg/m3. Seda metalli leidub maakoores 0,02 protsenti, mis on märkimisväärne. Tavaliselt leidub seda kroomi rauamaagi kujul. Kroomi kaevandatakse silikaatkivimitest. 
Seda metalli kasutatakse tööstuses, kroomterase, nikroomi jne sulatamisel. Seda kasutatakse korrosioonivastaste ja dekoratiivkatete jaoks. Maale langevad kivimeteoriidid on väga kroomirikkad.
Kõige vastupidavam puu
On puitu, mis on malmist tugevam ja mida saab võrrelda raua tugevusega. Räägime "Schmidti kasest". Seda nimetatakse ka Raudkaseks. Inimene ei tea sellest tugevamat puud. Selle avastas vene botaanik Schmidt Kaug-Idas viibides. 
Puit on poolteist korda tugevam kui malm ja selle paindetugevus on ligikaudu võrdne raua omaga. Nende omaduste tõttu võiks rauast kask mõnikord asendada metalli, sest see puit ei ole korrosiooni ega mädanemise all. Rauast kasest valmistatud laeva kere ei pea isegi värvima, korrosioon ei hävi, samuti ei karda see happeid.
Schmidti kaske ei saa kuuliga läbistada, seda ei saa kirvega maha raiuda. Kõigist meie planeedi kaskedest on raudkask pikima elueaga – ta elab nelisada aastat. Selle elupaigaks on Kedrovaya Padi looduskaitseala. See on haruldane kaitsealune liik, mis on kantud Punasesse raamatusse. Kui poleks sellist haruldust, saaks selle puu ülitugevat puitu kõikjal kasutada.
Kuid maailma kõrgeimad puud, sekvoiad, ei ole kuigi vastupidav materjal.
Universumi tugevaim materjal
Meie universumi kõige vastupidavam ja samas kergeim materjal on grafeen. See on süsinikplaat, mille paksus on ainult üks aatom, kuid see on tugevam kui teemant ja elektrijuhtivus on sada korda suurem kui arvutikiipide ränil. 
Grafeen lahkub peagi teaduslaboritest. Kõik tänapäeva teadlased maailmas räägivad selle ainulaadsetest omadustest. Seega piisab mõnest grammist materjalist terve jalgpalliväljaku katmiseks. Grafeen on väga paindlik ja seda saab voltida, painutada või rullida.
Selle võimalikud kasutusvaldkonnad on päikesepaneelid, mobiiltelefonid, puutetundlikud ekraanid, ülikiired arvutikiibid.
Tellige meie kanal Yandex.Zenis
