Ci sono due caratteristiche che lavorano insieme per rendere la seta di ragno così forte e resistente.

Hannes Schniepp afferma che la struttura molecolare della proteina da cui viene filata la seta, la prima parte del segreto del ragno, è abbastanza ben compresa.

"La biologia moderna ci ha fornito gli strumenti per eseguire una sequenza, " ha detto Schniepp. "Ma questo è solo un passo."

Schniepp è professore associato presso il Dipartimento di Scienze Applicate di William &Mary. Lui e il suo laboratorio hanno lavorato al reverse engineering del secondo passaggio:come l'apparato spinner del ragno elabora e organizza meccanicamente la proteina. Alcuni ragni hanno sviluppato organi per estrudere fili che, per le loro dimensioni, sono molto più resistenti dell'acciaio. Hanno ricevuto nuovi finanziamenti dalla National Science Foundation per continuare la loro ricerca.

Il laboratorio si concentra su ragni marroni reclusi, che Schniepp paragona alla gilda dei leggendari fabbri asiatici.

"I fabbri che lavoravano per i samurai in Giappone hanno escogitato un modo molto complicato di fabbricare lame che erano migliori di qualsiasi altra spada, " ha detto. "Era tutto nel modo in cui hanno trattato il materiale.

"Alla fine, la lama è ancora fatta di ferro e carbonio, ma se li tratti nel modo giusto, ottieni un prodotto eccezionale, " Lui continuò.

I fabbri giapponesi non discutevano i segreti del loro mestiere e nemmeno il recluso bruno. Quindi il laboratorio Schiepp utilizza una serie di strumenti e tecniche per dedurre il metodo del ragno da dettagli, esame minuzioso del materiale web.

Schniepp e altri scienziati dei materiali sono interessati a conoscere i segreti del recluso marrone come primo passo essenziale per sintetizzare la sostanza. Sottolinea che il suo laboratorio è interessato anche ad altre sete naturali.

"Il ragno marrone recluso come un sistema modello davvero entusiasmante che ci fornisce intuizioni uniche su come funziona la seta. E finora, ci siamo concentrati fortemente sul recluso marrone, Schniepp ha detto. "Ma pensiamo che ciò che possiamo imparare dal recluso si applica anche ad altre sete, altre sete di ragno e persino seta di baco da seta. Quindi stiamo ampliando il nostro campo di applicazione per ottenere una comprensione più generale delle sete:come funzionano, la loro meccanica interiore."

Ha sottolineato che esiste un "vasto spettro" di possibili usi per le proteine ​​sintetiche ispirate alle fibre prodotte da insetti e aracnidi. È probabile che i materiali a base di sostanze naturali siano più sostenibili dal punto di vista ambientale rispetto all'attuale produzione di materie plastiche prodotte da combustibili fossili. Per esempio, Schniepp immagina una bottiglia d'acqua fatta di una proteina.

"Così bevi l'acqua, " dice. "E poi quando hai finito, puoi mangiare la bottiglia e ottenere la tua dose giornaliera di proteine. Oppure puoi semplicemente buttarlo fuori e qualche animale arriverà e lo mangerà".

L'alba dell'era di tali utili sostanze sintetiche è alle porte, ha detto Schniepp. Ha menzionato una startup in California che crea abiti firmati—"costosi, con un prezzo molto alto"—da una seta sintetica.

L'obiettivo del laboratorio Schniepp è far progredire la comprensione delle sete naturali e del modo in cui vengono prodotte, in modo che le versioni sintetiche possano essere ampliate per la produzione di massa oltre i mercati delle boutique.

"Si inizia facendo piccole somme, " Egli ha detto, "e naturalmente saranno costosi. Ma man mano che impari di più, impari a ottimizzare e diventa sempre più economico."

Il laboratorio Schniepp ha studiato la seta di ragno marrone recluso per cinque anni e ha dato un contributo significativo alla scoperta dei segreti del ragno. Il loro lavoro ha spianato la strada a una migliore comprensione della seta del recluso bruno.

"Prima, le persone avevano tutti i tipi di modelli complessi di come appare la fibra di seta e cosa rende una fibra di seta così forte. Ma è sempre stato molto difficile confermarlo direttamente, " ha detto. "Le prove sperimentali erano davvero scarse".

Ma il recluso fa una seta che ha una forma diversa dagli altri ragni, un fatto che il laboratorio di Schniepp è stato in grado di utilizzare per capire un nuovo modo di guardare all'interno della struttura del filo di seta. "E quello che abbiamo imparato è che questo nastro è composto interamente da nanofibrille, " ha spiegato - fili che sono 3, 000 volte più sottile di diametro di un capello umano.

Hanno anche riferito che la seta è composta da singole nanofibrille disposte in parallelo, non attorcigliate come i fili di una corda. Un'altra scoperta è che il recluso marrone aumenta la forza della seta facendo girare piccoli anelli in ogni filo.

Il nuovo finanziamento NSF consentirà al laboratorio di continuare l'esame della natura delle nanofibrille, utilizzando microscopia avanzata e spettroscopia. L'obiettivo è quello di completare la comprensione della seta, dal livello molecolare che si estende alla lunghezza dell'intera fibra di seta.

I membri del laboratorio Schniepp includono studenti universitari e dottorandi. studenti della William &Mary. Schniepp dice che continuerà i programmi di sensibilizzazione agli studenti K-12 STEM.

"Abbiamo avuto studenti delle scuole medie nel nostro laboratorio. Offriamo tirocini estivi a studenti delle scuole superiori; ho avuto più studenti che hanno svolto un tirocinio di ricerca senior di un anno presso la Governor's School of Science and Technology di Hampton, " ha detto Schniepp. "Possiamo davvero raggiungere le persone a tutti i livelli e farle entusiasmare per questa ricerca e forse influenzare alcuni di loro a scegliere una carriera in STEM e aiutare a far progredire queste nuove tecnologie".