Neutronsugarak vezethetnek el a mesterséges pókselyemhez

A tudósok már szinte mindent tudnak a pókselyemről, mégsem képesek olyan minőségben előállítani a szálakat, mint a pókok. Egy új létesítmény jelenti a megoldást.

A pókselyem rendkívül erős, ugyanakkor nyúlékonyabb a nejlonnál. Ideális anyaga lenne a rugalmas védőmellényeknek, vagy a biomedikai implantátumoknak, ezért számos terület tudósai próbálnak már évek óta rájönni a pókok titkára. A hadsereg számára különösen csábító, mivel ötször erősebb az acélnál és háromszor rugalmasabb a kevlárnál. Elméletileg lövedékálló, nagy mennyiségben azonban a sok évnyi kutatómunka ellenére sem sikerült még előállítani. A kutatóknak eddig igazán csak egy dolgot sikerült eltanulni a pókoktól, a kitartást. Ha elsőre nem sikerül, akkor újra és újra próbálkozni kell.

Ezért is tekint talán olyan magabiztosan az Oxfordi Selyem Csoport (OSG) egy új létesítményre, az Isis 2-re, ott ugyanis végre sikerülhet eljutniuk a megfelelő formulához. Az Isis 2 ütőkártyája egy 200 millió angol font értékű, neutronsugárral dolgozó mikroszkóp, ami a pókselymek proteinjei és biopolimerei fényképezésében nyújt nagy segítséget. A pókok ugyanis általában hét különböző selymet állítanak elő, melyek mindegyike más és más fehérjeszerkezetű és mechanikai tulajdonságú a különböző rendeltetéseknek megfelelően.


Az Oxfordi Selyem Csoport
A pókok hálóik szálait egy folyadékból szövik, amit zselé formájában tárolnak fonómirigyeikben. A zselé vízben oldódó fehérjék keveréke, ami a megolvasztott polimerekhez hasonlóan viselkedik. Amikor a keverék kijut a fonó mirigyekből szilárd szállá válik. Az oxfordi tudósok ismerik a folyadék összetevőit, tisztában vannak a molekulák egyensúlyával, sőt még a fonómirigyek szerkezeti felépítése is a kezükben van. "Akkor miért nem vagyunk képesek olyan jó szálakat készíteni, mint a pókok?" - tette fel ugyanazt a kérdést dr. Chris Holland, amit oly sokszor neki szegeztek már.

A probléma kulcsa a folyadék és a szilárd szál közötti átmenetben keresendő, nem véletlen, hogy jelenlegi kutatásaik ennek a folyamatnak a körülményeire koncentrálódnak. Az Isis lehetővé teszi a molekulák mérését természetes folyékony állapotukban, miközben alávetik ugyanannak a folyásnak, ami a természetes hálószövés közben végbemegy. Az Isis mikroszkópja ugyanis képes az anyag belső szerkezetének a megjelenítésére és valós időben történő követésére is, szemben az eddig használt mikroszkópokkal, amikkel vagy csak pillanatképeket tudtak rögzíteni, vagy csak az anyag felszínét látták. "Azt a környezetet tanulmányozzuk, amit a pók a szál fonásához megteremt. Ha van egy vizes selyemprotein oldatunk, akkor az a kérdés, hogy milyen alakban van, és hogyan változik a folyás során? Hogyan áll össze a selyem? Ez a titok nyitja" - magyarázta Holland a BBC-nek adott interjújában.


Egy gyorsítóból protonok sugara indul (1), ami belép egy célállomásba (2), ahol egy wolfram célponttal ütközik (3), és neutronokat sugároz. Ezeket különböző kísérletekhez áramoltatják (4), ahol összeütköznek a mintákkal (5), felfedve tulajdonságaikat.
Hogy minderre rájöjjenek, a kutatók vettek néhány csepp folyadékot és a neutronsugár útjába helyezték, majd egy LOQ elnevezésű detektorral megmérték az anyag tulajdonságait. A LOQ egy reométerrel kombinált kis szögű neutronszóródás-mérő műszer. A vizsgálathoz selyemhernyó folyadékot használtak, ezt ugyanis jóval egyszerűbb kinyerni, mint a pókokét. "A két folyadék alapvetően azonosak a folyási tulajdonságai" - mondta Holland. "Anyagát tekintve a hernyóselyem nagyban különbözik, a proteinek azonban ugyanúgy folynak, mint a pókselyem vagy akár az olvasztott polimerek esetében, ha oldószerként vizet alkalmazunk."

Az oxfordi csapat dr. Ann Terryvel, az Isis 1 tudósával közösen dolgozik, aki a neutronszóródás alkalmazására specializálódott, melyből megismerhető a polimerek folyása és kristályosodása. "Nagyon vártuk az Isis 2-t, mivel az a biotudományokat fogja szolgálni. Elsőként magasabb a neutronfluxusa - hússzor-negyvenszer fényesebb, a detektorok pedig jobban pozicionáltak a biológiai anyagok tanulmányozásához" - ismertette a hét elején átadott új létesítmény előnyeit. Összességében tehát ez lesz a tökéletes műszer a pókok trükkjének - szó szerint is vehető - atomjaira bontásához.

"Korábban az volt a fő probléma, hogy nem tudtuk mi a rossz: amivel fonunk vagy ahogy fonunk. Az Isis 1 segítségével végül kiderítettük, hogy jó úton járunk, az Isis 2 pedig el fog juttatni a célhoz" - összegzett Terry.