ให้ความรู้เกี่ยวกับแมงมุม

จากหัวข้อที่น่าตื่นเต้นทั้งหมดในด้านวัสดุและการวิจัยทางชีวเคมี หนึ่งในหัวข้อที่ร้อนแรงที่สุดคือการไขความลึกลับของใยแมงมุม มักอ้างว่า 'แข็งแกร่งกว่าเหล็ก' เส้นใยโปรตีนมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงโลกของวัสดุที่เรารู้จัก อย่างไรก็ตาม แม้จะมีการวิจัยมาหลายทศวรรษ ก็ยังไม่มีใครสามารถผลิตใยแมงมุมจำนวนมากได้ สาเหตุหลักมาจากวิธีการสร้างที่แน่นอนของใยแมงมุมยังคงปกคลุมไปด้วยความลึกลับ ในขั้นตอนเพื่อทำความเข้าใจการทำงานภายใน นักวิจัยจากบัณฑิตวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยเกียวโตรายงานเกี่ยวกับโมเดลใหม่สำหรับการประกอบใยแมงมุม โดยรายงานว่ากุญแจสำคัญในการ 'หมุน' ใยแมงมุมคือการผสมผสานระหว่างการทำให้เป็นกรดและกระบวนการที่เรียกว่าการแยกเฟสของเหลวและของเหลว หรือ LLPS "ใยแมงมุมทำจากโปรตีนที่เรียกว่าสไปดรอยน์ แมงมุมมีต่อมซึ่งเต็มไปด้วยสไปดรินอย่างหนาแน่นในสภาพของเหลวที่เรียกว่าโดป" อาลี ดี มาเลย์ ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาซึ่งตีพิมพ์ใน Science Advancesอธิบาย "ของเหลวนี้ถูกเปลี่ยนเป็นไหมที่แข็งและมีโครงสร้างซับซ้อนอย่างรวดเร็ว เพื่อตรวจสอบว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริงได้อย่างไร เราตัดสินใจกลับไปที่กระดานวาดภาพและดูที่สไปดรินเอง ดังนั้นเราจึงพัฒนาสไปดรินเทียมที่เลียนแบบสิ่งที่พบในธรรมชาติอย่างใกล้ชิด" การพัฒนาโปรตีนนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่พวกเขาใช้สไปดรินเฉพาะที่เรียกว่า MaSp2 ซึ่งเป็นหนึ่งในโปรตีนใยแมงมุมที่พบได้ทั่วไป และละลายน้ำได้ หลังจากแยกโปรตีนใย สาระน่ารู้เรื่องแมงมุม เทียมออกได้ ทีมงานเริ่มสังเกตการทำงานของมันภายใต้สภาวะทางเคมีที่แตกต่างกัน โดยตั้งใจที่จะเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่สำคัญใดที่จำเป็นสำหรับสถานะของเหลวในการเปลี่ยนเป็นของแข็ง "ครั้งแรกเราเห็นโปรตีนรวมกันเป็นกลุ่มเล็กๆ แต่เมื่อเราเติมโพแทสเซียมฟอสเฟตเข้าไป มันจะเริ่มควบแน่นเป็นหยดขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นสูงในทันที" มาเลย์อธิบาย "นี่เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแยกเฟสของของเหลวและของเหลว ซึ่งเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อยในเซลล์ และเมื่อหยดของเหลวเปลี่ยนขนาดและความหนาแน่นตามสภาพแวดล้อมโดยรอบ" แต่นี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของปริศนาเท่านั้น ต้องใช้อะไรบ้างในการทำให้เฟสของเหลวนี้เป็นเส้นใยไหมที่เรารู้จักกันดี? กุญแจสำคัญคือค่า pH เมื่อทีมลดค่า pH ของสารละลายลง ก้อนกลมจะเริ่มหลอมรวมเข้าด้วยกัน ก่อตัวเป็นเครือข่ายเส้นใยละเอียด ทั้ง LLPS และการสร้างเครือข่ายใยแก้วเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติจนมองเห็นได้แบบเรียลไทม์ ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อเครือข่ายใยแก้วอยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกล มันเริ่มจัดระเบียบตัวเองเป็นโครงสร้างลำดับชั้นเช่นเดียวกับใยแมงมุม "ใยแมงมุมมักเหนือกว่าวัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน และการผลิตเส้นใยสังเคราะห์เหล่านี้มักอาศัยตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นอันตรายและอุณหภูมิสูง สิ่งที่เหลือเชื่อคือเราสามารถสร้างใยแมงมุมโดยใช้น้ำเป็นตัวทำละลายและที่อุณหภูมิแวดล้อม" เคอิจิ นุมาตะ ผู้นำการศึกษาสรุป "หากเราสามารถเรียนรู้ที่จะเลียนแบบกลไกการปั่นใยแมงมุมได้ มันอาจมีผลกระทบอย่างมากต่ออนาคตของการผลิต"