Výzkumníci v Mnichově vyrobili první umělé pavoučí vlákno

Mnichovští vědci důkladně prozkoumali procesy probíhající v útrobách pavouka, složení pavoučích bílkovin a chemické látky, které vylučuje a jež pak pavoukům umožní spřádat vlákna a tvořit z nich sítě. Podařilo se jim v maximálně míře vysledovat podmínky umožňující pavoukům vytvářet v přírodě relativně velmi pevné a elastické sítě zachycující letící hmyz.

Výsledem jejich snažení, jak informoval portál mytum.de, je uměle vyrobené pavoučí vlákno. Pokud by se dalo vyrábět průmyslově, stalo by se velmi zajímavým materiálem pro biomedicínu jako chirurgická niť přijatelná pro lidskou tkáň, kterou imunitní systém neodpuzuje.

Syntetické pavoučí vlákno by mohlo také spojovat přerušené nervy a pomáhat společnému růstu nervových buněk.
Odborníci také uvažují o tom, že vlákna by v robustnější podobě mohla postupně nahradit i materiály, jejichž výroba je závislá na drahé ropě.

Jak to probíhá v přírodě

Pavouk produkuje vlákno a tvoří sítě velmi složitými pochody. Do činnosti se zapojuje velký počet pavoučích žláz, proteiny a chemické přísady, které si pavouk vyrábí sám.

Přírodovědci získali nejvíce poznatků o snovací činnosti u pavouka křižáka obecného, který má šest či sedm typů snovacích žláz. Každá žláza sestává ze tří částí - ze štíhlého koncového oddílu, objemného rezervoáru a z dlouhého trubicového vývodu.

V rezervoáru produkují buňky až 90 procent proteinové hmoty vláken. Jde o fibroin, bílkovinu charakteristickou pro všechna přírodní hedvábí. Proteiny opouštějí rezervoár a ve žláze dochází k jejich polymerizaci snižováním obsahu vody. V jiných žlázách - a ty se počítají na stovky - se tvoří lepkavá hmota a další ingredience a zároveň probíhá produkce jemných vláken pro poutání zachycené kořisti.

Mnichov - centrum výzkumu

Činnost pavouka při tvorbě vlákna a pavučin sice vědci zkoumali pod mikroskopem, avšak ani tak nebylo možné průběh nepatrných procesů zcela detailně prostudovat. Navíc neexistovaly možnosti připravit v dostatečném množství umělé proteiny pro tvorbu pavoučího vlákna a nebyla k dispozici ani technika, která by ve správnou dobu nadávkovala k proteinům chemické látky a nejrůznější kyseliny a přísady.

Laboratorní výzkum syntetické přípravy pavoučího vlákna se zrychlil zřízením dvou klastrů pro výzkum a výrobu syntetických biomateriálů v Mnichově "Munich - Center for Integrated Protein Science" a "Nanosystems Initiative - Munich".

Hlavní výzkumné práce probíhaly na Technické univerzitě v Mnichově, kde tým profesora Thomase Scheibela vypracoval metodu přípravy vhodných bílkovin pomocí geneticky programovaných bakterií. Podařilo se mu vyrobit dostatečné množství proteinů pro "spřádání" pavoučího vlákna. Tím byl učiněn první předpoklad k umělému pavoučímu vláknu.

Destička s mikrokanálky

Dalším úkolem bylo napodobit činnost pavouka při produkci vlákna. I toho se na Technické univerzitě, už pod vedením profesora Andrease Bausche, zhostili, když vyvinuli umělé pavoučí žlázy a určili přesné chemické a fyzikální podmínky, za nichž vzniká stabilní pavoučí vlákno.

Jde o velmi tenkou plexisklovou destičku s nepatrnými kanálky o průměru asi 100 mikrometrů, tedy o tloušťce lidského vlasu. Využitím mikrofluidní techniky dosáhl vědecký tým toho, že mikrokanálky mohou řízeně protékat roztoky s bílkovinami, zvolenými chemickými činidly a přísadami, které se ve správném poměru a ve stanovený čas mísí a tvoří pavoučí vlákno.

Mnichovští výzkumníci již vyzkoušeli několik variant proudění a mísení bílkovin pro tvorbu vlákna. Použili zejména dva druhy syntetických pavoučích proteinů eADF3 a eADF4, které se v chemických roztocích mění na kulovité částice o velikosti několika mikrometrů, jež se pak změnou koncentrace roztoku a průchodem kanálků spojí do dlouhých řetězců a vytvářejí vlákno.

Německým výzkumníkům se laboratorní přípravou pavoučího vlákna podařilo přiblížit jeho výrobu průmyslovým způsobem. Rovněž byl učiněn velký pokrok v přípravě výroby umělých biomateriálů.