Для масштабной научной работы исследователи отобрали два вида пауков, которые плетут самые прочные сети в мире
Ученые Университета ИТМО в сотрудничестве с коллегами из SLU University (Уппсала, Швеция) разработали биокомпозиты на основе протеинов природной паутины и оптически активных наночастиц, сообщает официальный сайт Университета.
Главная особенность материала — комбинация свойств натуральных шелковых волокон и неорганических синтетических частиц. Биокомпозит обладает уникальными механическими характеристиками и способен давать детектируемый оптический отклик при возбуждении в ближнем инфракрасном диапазоне, что делает его перспективным для биомедицинских применений.
Разработка новых материалов, обладающих уникальными свойствами, сегодня является одним из приоритетных направлений научно-технологического развития. С развитием нанотехнологий появилась возможность получать качественно новые гибридные материалы с расширенным спектром функциональных свойств.
Одним из наиболее интересных биологических компонентов для создания новых материалов на протяжении многих лет остается паутина, которая по своим качествам превосходит искусственные аналоги. Паутина состоит из белковых молекул, каждая из которых представляет собой длинную цепочку, состоящую из тысяч звеньев аминокислот. Готовое волокно паутины содержит области, в которых несколько белковых цепочек связаны друг с другом с помощью стабильных химических связей. Эти соединения обеспечивают высокую прочность паутины. А находящиеся между этими соединениями несвязанные области обеспечивают паутине высокую эластичность.
Кроме того, паутина обладает рядом интересных биологических свойств — она биосовместима, имеет высокие значения показателей факторов роста клеток и их адгезии (сцепление поверхностей разнородных тел), а также белки в составе паутины генетически адаптивны. Все это делает ее перспективным материалом для использования в медицине — например, в хирургии и трансплантологии.
В зависимости от того, какими наночастицами модифицирована паутина, возможно придать функциональным гибридным материалам новые свойства, необходимые в конкретной области применения.
Благодаря успешной коллаборации между учеными лаборатории SCAMT Университета ИТМО и SLU University (Швеция) разработаны биокомпозиты на основе протеинов паутины и наночастиц оксидов гафния и циркония, допированных ионами редкоземельных элементов. Исследователи продемонстрировали, что гибридный материал на основе волокон паутины, покрытых равномерным слоем неорганических наночастиц, обладает оптической активностью при сохранении эластичности и прочности материала. Кроме того, была показана биологическая совместимость полученных композитов.
Группа Вадима Кесслера и Гуляим Сейсенбаевой из SLU University. Источник: slu.se.
Полученные композитные волокна можно использовать в качестве высокочувствительного визуализирующего материала, используя эффект апконверсии — это явление позволяет передавать низкоэнергетичное излучение из ближней инфракрасной области (безопасного для живых организмов) в высокоэнергетичное излучение в видимом диапазоне света. Ученые расширили апконверсионные свойства наночастиц на макромасштабные компоненты для получения оптически активных композитных материалов на основе паутины.
В связи с этим модификация паутины с помощью апконверсионных частиц открывает возможность для детектирования и визуализации биоматериалов неинвазивным способом в режиме реального времени. Разработанный материал может стать путем к современным биомедицинским технологиям, добавляют авторы исследования.
Специально для исследования и разработки новых материалов в лаборатории SCAMT был создан инсектарий, где живут порядка 60 пауков двух видов — Linothele fallax и Holothele incei. Как поясняют исследователи, эти виды пауков были выбраны прежде всего благодаря объемам производимой ими паутины. В инсектарии животные содержатся в условиях, максимально приближенных к их естественной среде обитания: на специальном субстрате, при определенных влажности и температуре, которые необходимы конкретному виду.
(Источник и фото: news.ifmo.ru).