Ann an nàdar, is urrainn dha damhain-allaidh na snàithleanan sìoda as làidire san t-saoghal a chruthachadh, agus is urrainn dhaibh eadhon snàithleanan a chruthachadh le feartan meacanaigeach nas fheàrr na snàithleanan sìoda fuadain aig àm sam bith agus fo shuidheachadh sam bith. Tha comasan damhain-allaidh agus an sìoda a chruthaicheas iad air a bhith inntinneach do luchd-rannsachaidh o chionn fhada. An-diugh, tha luchd-saidheans air snàithleanan sìoda damhain-allaidh fuadain a leasachadh a thathas a’ cleachdadh ann an grunn thagraidhean, bho aodach àrd-choileanaidh gu co-phàirtean seasmhach ann an uidheamachd spòrs agus innealan. Tha an dòigh cinneasachaidh airson sìoda damhain-allaidh nàdarra gu ìre mhòr an urra ri ath-riochdachadh tuathanais de damhain-allaidh gus sìoda a chruinneachadh, ach tha feum fhathast air gnìomhachasachadh agus èifeachdas air a’ mhodh cruinneachaidh seo. Air an làimh eile, tha dùbhlain fhathast romhpa mu shnàithleanan sìoda damhain-allaidh synthetigeach, leithid feumar na pròtainean sìoda damhain-allaidh (spidroins) a thoirt gu buil ann an aoigh cèin. Ged a tha luchd-saidheans air grunn aoighean freagarrach a chomharrachadh, leithid cuid de meanbh-fhàs-bheairtean prokaryotic, eukaryotes, lusan, agus eadhon beathaichean transgenic, tha na toradh aca ìosal, agus tha solubility uisge ìosal aig na pròtainean sìoda damhain-allaidh a bhios iad a’ dèanamh. Ged as urrainn don phròiseas snìomh às deidh sin leasachadh mòr a dhèanamh air an dòigh saothrachaidh agus structar an t-snàithleach synthetigeach, tha na feartan meacanaigeach aige fhathast neo-iomchaidh an taca ris an t-snàithleach sìoda nàdarra fìor-ghlan. Mar sin, tha Jan Johansson agus Anna Rising bho Institiud Karolinka san t-Suain air na prìomh nithean a chomharrachadh a bheir buaidh air feartan snàithleanan sìoda damhain-allaidh, agus le bhith a’ dèanamh coimeas eadar buannachdan agus eas-bhuannachdan diofar fhuasglaidhean, tha iad air mapa-rathaid a dhealbhadh airson snàithleanan sìoda damhain-allaidh ùra a dhèanamh. Tha na beachdan aca a tha a’ coimhead air adhart air fhoillseachadh san iris as ùire den iris ACS Nano, leis an tiotal “A’ dèanamh na chan urrainn dha damhain-allaidh - mapa-rathaid gu snàithleanan sìoda fuadain sàr-mhath.”

San fharsaingeachd, faodaidh gach damhan-allaidh seachd diofar sheòrsaichean de shnàithleanan sìoda a chruthachadh, agus tha feartan meacanaigeach eadar-dhealaichte aig gach fear dhiubh. Tha na snàithleanan sìoda seo air an dèanamh sa mhòr-chuid de phròtainean sìoda damhain-allaidh, a tha a’ roinn raointean crìochnachaidh cruinneach de roinnean ath-aithris anns a bheil 110-130 amino-aigéid. Tha na raointean crìochnachaidh seo ann am pròtainean sìoda gun samhail agus a’ riaghladh so-leaghadh sìoda agus a’ cumail smachd air cruthachadh snàithlean, agus tha na raointean ath-aithris a’ cumail smachd air feartan meacanaigeach sìoda. Nam measg, tha an snàithlean sìoda as cruaidhe (Dragline) air a dhèanamh sa mhòr-chuid de phròtain sìoda ampullary (MASPs), agus tha an roinn ath-aithris aige sa mhòr-chuid a’ toirt a-steach earrann poly-Ala ath-aithriseach agus roinn ath-aithris beairteach ann an glycine (Gly). Ann am fàireagan sìoda damhain-allaidh, tha dùmhlachd pròtain sìoda cho àrd ri 50% (W / V). Ged nach eil sinn fhathast air làn thuigsinn ciamar a dh’fhanas pròtain sìoda an damhain-allaidh ann an dùmhlachd cho àrd agus nach dèan e grùid, tha fios againn an-diugh gur e am modh stòraidh sa mhòr-chuid ath-aithris a dhèanamh air an raon ann an dòigh air thuaiream air a stòradh taobh a-staigh nan fàireagan sìoda, agus faodaidh raon crìochnachaidh alpha helix pròtain sìoda a dhèanamh gus hydrophilicity sònraichte a chumail, tha e ceangailte sa mhòr-chuid gus cuideachadh le stòradh a-staigh an t-sreath uachdar de fhàireagan sìoda. Bidh co-chur snàithleanan sìoda damhain-allaidh a’ tachairt sa mhòr-chuid anns an tiùb lìbhrigidh, a’ gabhail a-steach lùghdachadh luach pH agus àrdachadh cuideam rùsgaidh coimeasach, a tha a’ leantainn gu pultrusion agus mu dheireadh cruthachadh pròtain sìoda damhain-allaidh. Is e an rud as inntinniche gu bheil raointean crìochnachaidh N agus C phròtainean sìoda damhain-allaidh ag obair mar “ghlas is brosnachaidh” rè co-chur. Bidh an raon n-crìochnach a’ dimerize aig pH nas ìsle, ann an dòigh a tha ag atharrais ceangal an lìonra, a’ glasadh pròtain sìoda an damhain-allaidh. Fo bhuaidh luach pH agus cuideam rùsgaidh, chruthaich an roinn C-crìochnach niùclas β-lamellar, a bhrosnaich cruth-atharrachadh na roinne ath-aithris amino-aigéid gu niùclas β-lamellar. Mu dheireadh, bidh an dòigh-obrach "glasaidh is brosnachaidh" seo a’ tionndadh pròtain sìoda leaghaidh gu bhith na snàithleach cruaidh.

Prìomh phàirtean fibrin ann an sìoda damhain-allaidh

grunn phrìomh nithean a bheir buaidh air snàithleanan sìoda damhain-allaidh

Tha am pròtain sìoda macraampullary anisotropic anns an structar nanosgèile, agus tha na niuclasan β-lamellar laminate aige a’ cruthachadh raon criostalach (β-criostal), a tha freumhaichte anns a’ mhaitriceas neo-chruthach. ’S e a phrìomh dhleastanas smachd a chumail air neart tensile snàithleanan sìoda damhain-allaidh. ’S e an structar seo an iuchair airson a fheartan meacanaigeach a dhearbhadh. Ged nach eil an dàimh shònraichte eadar ìre criostalachaidh agus na feartan meacanaigeach soilleir, tha e air a lorg gu bheil meud an raon criostail fhèin a’ cluich pàirt chinnteach ann a bhith a’ coileanadh neart tensile àrd, a’ lughdachadh cumhachd agus cruas tro atharrais cineatach.

’S e pròtainean dìomhair a th’ ann am pròtainean sìoda, agus mar sin feumaidh iad a dhol tron ​​omentum endoplasmic gus a dhol a-steach don t-slighe dìomhair. Tha an fheum air pròtainean sìoda a ghiùlan chun omentum endoplasmic a’ cur bacadh air cleachdadh slabhraidhean taobh a bhios a’ meadhanachadh nan ath-bheachdan eadar earrannan agus sreathan criostalach β, rud a tha na phrìomh bheachdachadh airson snàithleanan sìoda sintéiseach.

Tha polyalanine gu math nas fheàrr na alanine singilte ann an dìon-uisge agus saothrachadh snàithlean sìoda. Tha ro-innsean bhon Zipper Database stèidhichte air polyamino acids (Poly-Ala, Poly-Val, Poly-Ile) a’ nochdadh gu bheil barrachd polyamino acids dìon-uisge a’ toirt a-mach eadar-obrachaidhean niùclasach β-lamellar nas seasmhaiche. Is dòcha gur e an adhbhar gun do roghnaich an damhan-allaidh gun a bhith a’ cleachdadh an dà amino-aigéad seo mar am pròtain sìoda macroampullary air sgàth a dhìon-uisge làidir agus an fhìrinn gum faodadh roinnean ath-aithris mar sin a bhith glaiste nuair a thèid iad tron ​​​​omentum endoplasmic. Gu dearbh, tha teicneòlas an latha an-diugh air comas a thoirt do cho-chur snàithleanan sìoda damhain-allaidh fuadain ann an siostaman eukaryotic le bhith a’ ceangal slabhraidhean amino-aigéid leithid valine agus isoleucine ri slabhraidhean eile agus gan cur an cèill gu dìreach taobh a-staigh na cealla, a’ seachnadh an fheum a dhol tarsainn air an reticulum endoplasmic. Ach, tha hydrophobicity àrd an dà shlabhraidh amino-aigéid seo ga dhèanamh duilich don aoigh snàithleanan a thoirt gu buil anns an niuclas. Gu dearbh, dh’ fhaodadh snàithleanan a dhèanamh gu saorga le fuasglaidhean organach agus snìomh na riatanasan so-leaghadh a lughdachadh, ach bhiodh feum air dòighean sintéiseach nas sofaistigichte cuideachd.

Mapa-rathaid airson snàithleanan sìoda damhain-allaidh ùr-nodha a cho-chur ri chèile

Stèidhichte air teòiridhean agus modhan aithnichte, tha na h-ùghdaran air geàrr-chunntas a dhèanamh air mapa-rathaid airson co-chur snàithleanan sìoda damhain-allaidh fuadain. An toiseach, faodar na modhan a thathas a’ cleachdadh ann am bith-fhiosrachadh (in silico) a chleachdadh gus roinnean ath-aithris searbhag polyamino (poly-val, poly-ile) agus criostalan β a cho-chur bho atharrachaidhean a tha ag àrdachadh àite sreath. Faodar na criostalan a thig às a mheasadh airson seasmhachd agus cruas le bhith a’ cleachdadh atharrais daineamaigs moileciuil. Leis nach urrainn dha damhain-allaidh fhèin sìoda a dhèanamh a’ cleachdadh stuthan neo-phòla a tha air an sìneadh thairis air astaran fada, gun teagamh bheir an eileamaid ùr a chaidh a thoirt a-steach cuid de bhuannachdan ann an sìoda synthetigeach. Gu dearbh, feumar na roinnean ath-aithris a chaidh a chruthachadh leis na criostalan β ùra a chaidh a cho-chur a mheasadh cuideachd le bhith a’ cleachdadh atharrais daineamaigs moileciuil agus deuchainnean deuchainneach. Mu dheireadh, faodar na snàithleanan sìoda synthetigeach ùra a chaidh a thoirt a-mach le snìomh a dhearbhadh airson feartan meacanaigeach agus structaran gus coimeas a dhèanamh ris na snàithleanan sìoda a chaidh a thoirt a-mach le damhain-allaidh.