I ricercatori della Northwestern University e della San Diego State University (SDSU) hanno svelato meglio il complesso processo di come i ragni vedova nera trasformano le proteine ​​in fibre resistenti all'acciaio. Questa conoscenza promette di aiutare gli scienziati a creare materiali sintetici altrettanto resistenti.

Ragni vedova nera e i loro parenti, originaria dei climi temperati del Nord America, Europa, Asia, Australia, Africa e Sudamerica, produrre una gamma di sete con proprietà materiali eccezionali.

Gli scienziati conoscono da tempo la sequenza primaria di amminoacidi che compongono alcune proteine ​​della seta di ragno e hanno compreso la struttura delle fibre e delle tele. Ricerche precedenti hanno teorizzato che le proteine ​​della seta di ragno attendono il processo di filatura come micelle sferiche anfifiliche di dimensioni nanometriche (gruppi di molecole solubili e non solubili in acqua) prima di essere incanalate attraverso l'apparato di filatura del ragno per formare fibre di seta. Però, quando gli scienziati hanno tentato di replicare questo processo, non erano in grado di creare materiali sintetici con i punti di forza e le proprietà delle fibre di seta di ragno autoctone.

"Il divario di conoscenza era letteralmente nel mezzo, Nathan C. Gianneschi della Northwestern ha detto. "Quello che non abbiamo capito completamente è cosa succede su scala nanometrica nelle ghiandole della seta o nel dotto rotante:lo stoccaggio, processo di trasformazione e trasporto coinvolto nelle proteine ​​che diventano fibre".

Gianneschi è Jacob and Rosaline Cohn Professor nel dipartimento di chimica del Weinberg College of Arts and Sciences e nei dipartimenti di scienza e ingegneria dei materiali e di ingegneria biomedica della McCormick School of Engineering. Lui e Gregory P. Holland, professore associato nel dipartimento di chimica e biochimica della SDSU e autore di oltre 40 articoli sulla seta di ragno, sono gli autori corrispondenti del documento.

La ricerca sarà pubblicata online la settimana del 22 ottobre nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) .

Utilizzando complementari, tecniche all'avanguardia:spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), la stessa tecnologia utilizzata nella risonanza magnetica, presso SDSU, seguita dalla microscopia elettronica presso la Northwestern:il team di ricerca è stato in grado di vedere più da vicino all'interno della ghiandola proteica dove hanno origine le fibre di seta, rivelando un molto più complesso, assemblaggio proteico gerarchico.

Questa "teoria delle micelle modificate" conclude che le proteine ​​della seta di ragno non iniziano come semplici micelle sferiche, come si pensava in precedenza, ma invece altrettanto complesso, micelle composte. Questa struttura unica è potenzialmente necessaria per creare le impressionanti fibre del ragno vedova nera.

"Ora sappiamo che le sete di ragno della vedova nera sono filate da nano-assemblaggi gerarchici (da 200 a 500 nanometri di diametro) di proteine ​​immagazzinate nell'addome del ragno, piuttosto che da una soluzione casuale di singole proteine ​​o da semplici particelle sferiche, " ha detto l'Olanda.

Se duplicato, "le applicazioni pratiche per un materiale come questo sono essenzialmente illimitate, "L'Olanda ha detto e potrebbe includere tessuti ad alte prestazioni per uso militare, primi soccorritori e atleti; materiali da costruzione per ponti di cavi e altre costruzioni; sostituti ecologici per la plastica; e applicazioni biomediche.

"Non si può sopravvalutare il potenziale impatto sui materiali e sull'ingegneria se possiamo replicare sinteticamente questo processo naturale per produrre fibre artificiali su larga scala, "disse Gianneschi, che è anche direttore associato dell'International Institute for Nanotechnology e membro del Simpson Querrey Institute e del Chemistry of Life Processes Institute della Northwestern. "In parole povere, sarebbe trasformativo".

Il PNAS l'articolo è intitolato "Nanoparticelle micellari di spidroina gerarchica come precursori fondamentali delle sete di ragno".