Stilgehouden.nl

In het laboratorium gemaakte spinzijde verslaat staal en Kevlar

In het laboratorium gemaakte spinzijde verslaat staal en Kevlar

Bron

De kunstzijde wordt gespannen over een opening tussen twee palen

Ingenieurs hebben amyloïde zijdehybride-eiwitten ontworpen en geproduceerd in gemanipuleerde bacteriën.

De resulterende vezels zijn sterker en taaier dan sommige natuurlijke spinnenzijde, waarvan wordt gezegd dat het een van de sterkste, taaiste materialen op aarde is

Om precies te zijn, de kunstzijde – ook wel "polymere amyloïde" vezel genoemd – werd technisch niet geproduceerd door onderzoekers, maar door bacteriën die genetisch werden gemanipuleerd in het laboratorium van Fuzhong Zhang, een professor in de afdeling energie, milieu en chemische technologie in de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis.

"Dit toont aan dat we biologie kunnen ontwikkelen om materialen te produceren die beter zijn dan het beste materiaal in de natuur."

Zhang heeft eerder met spinnenzijde gewerkt. In 2018 ontwikkelde zijn laboratorium bacteriën die een recombinante spinzijde produceerden met prestaties die vergelijkbaar waren met zijn natuurlijke tegenhangers in alle belangrijke mechanische eigenschappen.

"Na ons eerdere werk vroeg ik me af of we met ons synthetische biologieplatform iets beters dan spinnenzijde konden maken", zegt Zhang.

Het onderzoeksteam, waaronder eerste auteur Jingyao Li, een promovendus in het laboratorium van Zhang, wijzigde de aminozuursequentie van spinzijde-eiwitten om nieuwe eigenschappen te introduceren, terwijl enkele van de aantrekkelijke eigenschappen van spinzijde behouden bleven.

Een probleem dat samenhangt met recombinante spinzijdevezel – zonder significante wijziging van de natuurlijke spinzijde-sequentie – is de noodzaak om β-nanokristallen te creëren, een hoofdbestanddeel van natuurlijke spinzijde, dat bijdraagt aan de sterkte ervan.

"Spinnen hebben ontdekt hoe ze vezels kunnen spinnen met een gewenste hoeveelheid nanokristallen", zegt Zhang. "Maar wanneer mensen kunstmatige spinprocessen gebruiken, is de hoeveelheid nanokristallen in een synthetische zijdevezel vaak lager dan in zijn natuurlijke tegenhanger ."

Om dit probleem op te lossen, heeft het team de zijde-sequentie opnieuw ontworpen door amyloïde-sequenties te introduceren die een hoge neiging hebben om nan-nanokristallen te vormen. Ze creëerden verschillende polymere amyloïde-eiwitten met behulp van drie goed bestudeerde amyloïde-sequenties als vertegenwoordigers. De resulterende eiwitten hadden minder repetitieve aminozuursequenties dan spinnenzijde, waardoor ze gemakkelijker door gemanipuleerde bacteriën kunnen worden geproduceerd. Uiteindelijk produceerden de bacteriën een hybride polymeer amyloïde eiwit met 128 herhalende eenheden. Recombinante expressie van spinzijde-eiwit met vergelijkbare herhalende eenheden is moeilijk gebleken.

Hoe langer het eiwit, hoe sterker en taaier de resulterende vezel. De 128-herhaalde eiwitten resulteerden in een vezel met gigapascal-sterkte (een maat voor hoeveel kracht er nodig is om een vezel met een vaste diameter te breken), die sterker is dan gewoon staal. De taaiheid van de vezels (een maat voor hoeveel energie nodig is om een vezel te breken) is hoger dan die van Kevlar en alle eerdere recombinante zijdevezels. De sterkte en taaiheid zijn zelfs hoger dan sommige gerapporteerde natuurlijke spinzijdevezels.

In samenwerking met Young-Shin Jun, professor in de afdeling energie, milieu, chemische technologie, en haar promovendus Yaguang Zhu, bevestigde het team dat de hoge mechanische eigenschappen van de polymere amyloïde vezels inderdaad afkomstig zijn van de verhoogde hoeveelheid β-nanocrystals.

Deze nieuwe eiwitten en de resulterende vezels zijn niet het einde van het verhaal voor hoogwaardige synthetische vezels in het Zhang-lab. Ze beginnen net.

"Dit toont aan dat we biologie kunnen ontwikkelen om materialen te produceren die beter zijn dan het beste materiaal in de natuur", zegt Zhang.

Dit werk onderzocht slechts drie van de duizenden verschillende amyloïde sequenties die mogelijk de eigenschappen van natuurlijke spinnenzijde zouden kunnen verbeteren.

"Er lijken onbeperkte mogelijkheden te zijn in het ontwerpen van hoogwaardige materialen met behulp van ons platform", zegt Li. "Het is waarschijnlijk dat je andere sequenties kunt gebruiken, ze in ons ontwerp kunt plaatsen en ook een prestatieverbeterende vezel kunt krijgen."

Het nieuwe onderzoek verschijnt in het tijdschrift ACS Nano .

Het Amerikaanse ministerie van Landbouw en het Office of Naval Research hebben het onderzoek gefinancierd.

Bron: Washington University in St. Louis

De post Lab-made spider silk beats steel and Kevlar verscheen eerst op Futurity .

Julia Schoen

Terugkerende wolven kunnen het antwoord zijn op Rome's probleem met wilde zwijnen  Er zijn potentieel duizenden wilde zwijnen die de straten van Rome teisteren. Foto's storten Dit artikel stond oorspronkelijk op Outdoor Life. Italië zit vol met wilde zwijnen. Er zwerven zoveel wilde varkens door het land dat ze een probleem zijn geworden in enkele van de drukste steden, zoals Rome, waar ze zich tegoed doen aan afval en zelfs inwoners lastigvallen en terroriseren. Een mogelijke oplossing? Meer wolven. De groeiende wolvenpopulatie van Italië heeft nu de buitengrenzen van Rome bereikt, en dat zou volgens sommige natuurautoriteiten kunnen helpen het aantal wilde zwijnen te verminderen. Wolven werden ooit bijna uitgeroeid in Italië, maar ze keren terug naar het platteland en naar Rome, volgens Maurizio Gubbiotti, hoofd van de parken en natuurreservaten van Rome. Gubbiotti vertelde aan de Londense krant The Times dat er sporen van wilde zwijnen zijn gevonden in de uitwerpselen van wolven in een natuurreservaat in de buurt van de stad. Volgens de European Wilderness Society vonden Italiaanse natuuronderzoekers in 2013 voor het eerst in meer dan 100 jaar bewijs van wolven in een natuurreservaat bij de stad Rome. Volgens het International Wolf Center zijn er ongeveer 2.000 wolven in Italië. "Het evenwicht komt eraan", vertelde Gubbiotti aan The Times. Een wetenschappelijk onderzoek uit 2012, gepubliceerd door PLOS One, toonde aan dat sommige Europese wolvenroedels de voorkeur geven aan wilde zwijnen boven andere prooien zoals herten of zelfs runderen. De onderzoekers analyseerden de overblijfselen van prooien in bijna 2000 monsters van wolvenpoep gedurende een onderzoeksperiode van negen jaar. "Ons onderzoek toont een consistente selectie aan voor wilde zwijnen onder wolven in het studiegebied, wat van invloed kan zijn op andere prooisoorten zoals reeën", zegt hoofdauteur Miranda Davis, die werkt bij de School of Biological and Biomedical Sciences aan de Durham University. "Het is intrigerend dat in andere delen van Europa waar ook edelherten voorkomen, wolven deze prooi lijken te verkiezen boven wilde zwijnen, wat suggereert dat ze onderscheid maken tussen verschillende soorten hertenvlees." Rome's wilde varkensprobleem Grote, stevige zwijnen met scherpe slagtanden zijn angstaanjagend voor Italiaanse stedelingen, maar ze worden ook verdacht van het verspreiden van de dodelijke Afrikaanse varkenspest, aldus The Times. Hoewel Afrikaanse varkenspest onschadelijk is voor de mens, vormt het een ernstige bedreiging voor de productie van de beroemde Italiaanse prosciuttoham. Wildlife-functionarissen bouwden een hek rond een weg die de stad omcirkelt, 68 kilometer lang, als een manier om de besmette varkens binnen de perimeter in quarantaine te plaatsen. "Het plan is dat iedereen binnen de ringweg besmet raakt en sterft, ook al voeren we een aanzienlijke ontvolking uit buiten de stad", vertelde Angelo Ferrari aan de Times. De autoriteiten verleenden jagers vervolgens extra vergunningen om tot 50.000 varkens rond Rome te doden, maar dat loste het probleem niet op. Sommige dierenactivisten verzetten zich tegen de tactiek en haalden zelfs hekken neer. Zoals we hier in de Verenigde Staten hebben gezien, is traditionele sportjacht vaak niet voldoende om de populaties wilde varkens te verminderen. Schieten vanuit de lucht en ijverig vangen zijn effectievere oplossingen om de verspreiding van wilde varkens op zijn minst te vertragen. Zoals we ook in de VS hebben gezien, kunnen wolven effectief zijn in het verminderen van wildpopulaties in specifieke gebieden. De post Terugkerende wolven zouden het antwoord kunnen zijn op Rome's probleem met wilde zwijnen verscheen eerst op Popular Science.

Terugkerende wolven kunnen het antwoord zijn op Rome's probleem met wilde zwijnen Er zijn potentieel duizenden wilde zwijnen die de straten van Rome teisteren. Foto's storten Dit artikel stond oorspronkelijk op Outdoor Life. Italië zit vol met wilde zwijnen. Er zwerven zoveel wilde varkens door het land dat ze een probleem zijn geworden in enkele van de drukste steden, zoals Rome, waar ze zich tegoed doen aan afval en zelfs inwoners lastigvallen en terroriseren. Een mogelijke oplossing? Meer wolven. De groeiende wolvenpopulatie van Italië heeft nu de buitengrenzen van Rome bereikt, en dat zou volgens sommige natuurautoriteiten kunnen helpen het aantal wilde zwijnen te verminderen. Wolven werden ooit bijna uitgeroeid in Italië, maar ze keren terug naar het platteland en naar Rome, volgens Maurizio Gubbiotti, hoofd van de parken en natuurreservaten van Rome. Gubbiotti vertelde aan de Londense krant The Times dat er sporen van wilde zwijnen zijn gevonden in de uitwerpselen van wolven in een natuurreservaat in de buurt van de stad. Volgens de European Wilderness Society vonden Italiaanse natuuronderzoekers in 2013 voor het eerst in meer dan 100 jaar bewijs van wolven in een natuurreservaat bij de stad Rome. Volgens het International Wolf Center zijn er ongeveer 2.000 wolven in Italië. "Het evenwicht komt eraan", vertelde Gubbiotti aan The Times. Een wetenschappelijk onderzoek uit 2012, gepubliceerd door PLOS One, toonde aan dat sommige Europese wolvenroedels de voorkeur geven aan wilde zwijnen boven andere prooien zoals herten of zelfs runderen. De onderzoekers analyseerden de overblijfselen van prooien in bijna 2000 monsters van wolvenpoep gedurende een onderzoeksperiode van negen jaar. "Ons onderzoek toont een consistente selectie aan voor wilde zwijnen onder wolven in het studiegebied, wat van invloed kan zijn op andere prooisoorten zoals reeën", zegt hoofdauteur Miranda Davis, die werkt bij de School of Biological and Biomedical Sciences aan de Durham University. "Het is intrigerend dat in andere delen van Europa waar ook edelherten voorkomen, wolven deze prooi lijken te verkiezen boven wilde zwijnen, wat suggereert dat ze onderscheid maken tussen verschillende soorten hertenvlees." Rome's wilde varkensprobleem Grote, stevige zwijnen met scherpe slagtanden zijn angstaanjagend voor Italiaanse stedelingen, maar ze worden ook verdacht van het verspreiden van de dodelijke Afrikaanse varkenspest, aldus The Times. Hoewel Afrikaanse varkenspest onschadelijk is voor de mens, vormt het een ernstige bedreiging voor de productie van de beroemde Italiaanse prosciuttoham. Wildlife-functionarissen bouwden een hek rond een weg die de stad omcirkelt, 68 kilometer lang, als een manier om de besmette varkens binnen de perimeter in quarantaine te plaatsen. "Het plan is dat iedereen binnen de ringweg besmet raakt en sterft, ook al voeren we een aanzienlijke ontvolking uit buiten de stad", vertelde Angelo Ferrari aan de Times. De autoriteiten verleenden jagers vervolgens extra vergunningen om tot 50.000 varkens rond Rome te doden, maar dat loste het probleem niet op. Sommige dierenactivisten verzetten zich tegen de tactiek en haalden zelfs hekken neer. Zoals we hier in de Verenigde Staten hebben gezien, is traditionele sportjacht vaak niet voldoende om de populaties wilde varkens te verminderen. Schieten vanuit de lucht en ijverig vangen zijn effectievere oplossingen om de verspreiding van wilde varkens op zijn minst te vertragen. Zoals we ook in de VS hebben gezien, kunnen wolven effectief zijn in het verminderen van wildpopulaties in specifieke gebieden. De post Terugkerende wolven zouden het antwoord kunnen zijn op Rome's probleem met wilde zwijnen verscheen eerst op Popular Science.

%d bloggers liken dit: