China creëert supersterke zijdevezels die zes keer sterker zijn dan Kevlar

Chinese wetenschappers hebben voor het eerst een complete spinnenzijdevezel gesynthetiseerd uit genetisch gemodificeerde zijderupsen. Deze vezel is sterker dan de "meeste natuurlijke en synthetische vezels" zoals Kevlar.

Spinnenzijde geproduceerd door genetisch gemodificeerde zijderupsen. Foto: Mi Junpeng — Spinnenzijde geproduceerd door genetisch gemodificeerde zijderupsen. Foto: *Mi Junpeng*

In een studie die op 20 september in het tijdschrift Matter werd gepubliceerd, meldden wetenschappers van de Donghua Universiteit in Shanghai dat spinragvezels zowel een hoge treksterkte als een uitzonderlijke taaiheid hebben. De taaiheid van spinrag is zes keer groter dan die van Kevlar en de treksterkte (het vermogen om spanning te weerstaan wanneer het wordt uitgerekt) is hoger dan die van nylon. Mi Junpeng, de hoofdauteur van de studie, zei dat de nieuwe vezels vele toepassingen hebben, waaronder chirurgische hechtingen, kogelwerende kleding, slimme materialen en ruimtevaarttechnologie.

Het team gebruikte de CRISPR-Cas9-genbewerkingstool om zijderupseieren genetisch te modificeren door een gen voor spinrageiwitten toe te voegen. Deze modificatie zorgde ervoor dat de ogen van de zijderupsen oplichtten onder een fluorescentiemicroscoop. Om er zeker van te zijn dat de genetisch gemodificeerde zijderupsen spinrageiwitten produceerden, moesten de onderzoekers eerst de structuur van de zijde beter begrijpen. Ze gebruikten een model van de zijdestructuur dat met succes in experimenten was getest.

Een van de grote uitdagingen, aldus Mi, was het 'lokaliseren' van de spin-eiwitten, zodat ze konden interageren met de zijderups-eiwitten. Modellering stelde hen in staat beter te begrijpen welke aanpassingen nodig waren om een effectieve integratie te garanderen. Daarnaast, zei Mi, was het verzamelen van succesvol gemodificeerde zijderupsen ook een uitdaging, omdat er tot wel 100 eitjes nodig waren om een paar transgene zijderupsen te krijgen. Zijderupsen hadden ook regelmatige verzorging nodig, omdat ze "meerdere keren per dag eten".

Spinnenzijde is milieuvriendelijk, sterker en flexibeler dan synthetische vezels zoals nylon en Kevlar, waarvan de productie veel energie kost en het milieu vervuilt. Spinnenzijde is ook sterker en minder broos dan natuurlijke zijde die door zijderupsen wordt geproduceerd. De grootschalige productie van spinnenzijde is echter lastig omdat spinnen kannibalistisch zijn en niet in grote aantallen naast elkaar kunnen worden gekweekt.

Kunstmatige spinnenzijde is niet ideaal, omdat zelfs de meest geavanceerde productiemethoden de natuurlijke structuur niet volledig kunnen nabootsen. Onderzoekers begrijpen het mechanisme van het spinnen van zijde niet volledig. Zijde heeft bovendien een natuurlijke beschermende cuticula die niet kunstmatig kan worden nagebootst. De klieren van zijderupsen en spinnen hebben ook vergelijkbare eigenschappen, waardoor de zijde die door het onderzoeksteam wordt geproduceerd, zijn structurele kenmerken en beschermlaag behoudt.

In de toekomst zullen Mi en collega's synthetische aminozuren gebruiken om de zijde te modificeren en duurzamere versies te produceren.

An Khang (volgens SCMP )

Hoe werd zijde uitgevonden? , Harde schijven gemaakt van zijde

Bronlink