실험실 규모의 합성 거미의 실크 생산
Summary
거미 실크 옷의 뛰어난 기계적 및 생화 학적 특성에도 불구하고,이 재료는 종래의 방법으로 대량 수확 할 수 없습니다. 여기 차세대 biomaterials 같은 거미 실크의 생산과 사용을 공부 수사관을위한 중요한 과정입니다 인공 거미 실크 섬유를 스핀하는 효율적인 전략을 설명합니다.
Abstract
사회가 진행하고 자원 scarcer되기 때문에, 새로운 기술을 육성하는 것이 점차 중요 해지고 고성능 특성을 가진 엔지니어 차세대 biomaterials니다. 이러한 새로운 구조 재료의 개발 비용 효율, 빠른이어야하며 처리 방법과 환경 친화적이고 지속 가능한 제품을 포함해야합니다. 거미는 biomimicry 그 라이벌 최고의 인조 및 천연 재료를위한 차세대 엔지니어링 재료의 풍부한 소스를 제공하고, 다양한 기계적 특성과 서로 다른 파이버 유형의 수많은 스핀. 자연 거미 실크의 대량의 컬렉션 허무이기 때문에, 합성 실크 생산이 스레드의 무제한 공급에 대한 액세스와 과학자를 제공할 수있는 능력을 가지고 있습니다. 스피닝 프로세스가 간편하고 완벽하게 될 수 있습니다 따라서, 인공 거미 섬유 갑옷에서부터 애플 리케이션의 광범위한, 수술 봉합에 대한 잠재적인 사용을초, 로프 및 케이블, 타이어, 악기를위한 문자열, 그리고 항공 및 우주 항공 기술에 대한 복합 재료. 합성 실크 생산 과정을 진행하고 회전하는 스핀에서 그들의 물질적 속성에서 낮은 편차를 표시할 수 섬유를 양보하기 위해, 우리는 박테리아, 정화 및 단백질의 농도에서 재조합 거미 실크 단백질의 표현을 통합 젖어도 회전하는 프로토콜을 개발 , 섬유 압출 및 기계적 이후 스핀 치료로 따라갔다. 이것은 실험실 규모의 인조 실크 섬유를 돌려서 분석 단계별 프로세스를 보여 최초의 시각적 표현이다. 또한 동일한 회전 마약에서 냈지 섬유 간의 다양성의 도입을 최소화하기 위해 세부 사항을 제공합니다. 이하 이러한 방법은 자연 거미 실크 옷을 능가하는 높은 품질의 섬유로 이어지는, 인조 실크 생산의 공정을 추진합니다.
Introduction
거미 실크는 고장력 강판, 방탄과 나일론을 포함한 밖으로 몇 가지 인공 물질을 수행 놀라운 기계적 성질을 가지고 있습니다. 1 거미들은 다양한 기계적 특성을 표시하는 적어도 6-7 가지 섬유 종류, 인장 강도와 확장성의 다양한 양의 설계된 각 스핀 특정 생물 학적 작업을 수행합니다.이 연구 과학자들은 급속하게 때문에 식인의 3,4. 때문에 그들의 뛰어난 기계적 특성, 그들의 biocompatibility, 그들의 무독성과 녹색 – 재료 자연의 차세대 biomaterials 같은 거미 실크 옷의 사용을 추구하고있다 그의 거미들도 악의에 찬 성격은 농업을 통해 거미 실크 옷을 수확하는 것은 산업 규모의 제조에 필요한 요구 사항을 충족하기위한 실용적인 전략이 아닙니다. 따라서 과학자들은로부터 합성 섬유의 방적 체외에서 결합 유전자 변형 생물체에 재조합 실크 단백질의 생산으로 향했다했습니다SE 정화 단백질이 있습니다. 전체 길이 재조합 거미 실크 단백질의 5-8 표현들은 고도로 반복적인 자연과 물리적 길이를 (> 15킬로바이트) 등이 자신의 유전자 시퀀스의 본질적인 속성, GC 풍부한 컨텐츠 주어진 기술적으로 곤란했던과 편견되었습니다 알라닌과 글리신 코돈 사용. 날짜 9-11, 대부분의 실험실 부분 cDNA 시퀀스 또는 합성 유전자를 사용하여 주요 ampullate 실크 단백질 MaSp1 또는 MaSp2의 잘린 형태의 표현에 주력했습니다. 12-15 스피닝 합성 거미 실크 옷이 필요 도전적인 과정이다 여러 과학 분야, 그리고 방적 공정의 복잡한에 숙달과 지식 완전히 영상 표현하여 일반 대중에게 공개되지 않았습니다. 사실, 전세계 실험실만이는 거미 실크 cDNAs을 표현 실크 단백질 정화, 합성 섬유를 돌려서 후 스핀 추첨을 수행할 수있는 전문 지식을 가지고, 그리고 마지막으로 그들의 biomaterial 속성을 테스트합니다. 8,방적 합성 섬유에 대한 16,17 다른 접근 방식은 습식 및 건식 방사뿐만 아니라 electrospinning 방법을 포함하고있다 16,18,19 모든 절차는 공통점이 한 가지 목표가 -. 기계적 성질과 합성 거미 실크를 생산 프로토콜의 개발을 그 라이벌 천연 스레드 대규모 상업 생산 공정입니다.
여기 젖어도 회전하는 방법을 사용하여 실험실 규모의 인공 거미 실크 옷을 생성하는 절차를 설명합니다. 다른 방적 방법에 대한 상대, 젖은 지어내는 섬유 분석을위한 가장 일관성있는 결과를 생산하고있다. 우리는 그들의 정화이어서 박테리아 재조합 실크 단백질의 표현으로이 절차를 시작하는을 요약한 다음으로 스레드를 얻을 "로-잣고"섬유에 적용된 이후의 스핀 추첨 방법론을 포함하여, 방적 용 단백질 준비 단계를 설명 자연 거미 실크 옷의 품질을 접근 재료의 특성. 우리 methodologY가 밀접 실크 섬유의 자연적인 회전 과정을 모방하도록 설계하고 건축과 더 나아가 구를 및 COB-직조 거미. 20-22에서 비단 생산 땀샘의 기능은 우리의 전문 기술에 따라 크게 그리는되고, 우리는 필요로 결론 수사관은 궁극적인 강도, 궁극적인 변형, 그리고 섬유의 인성을 계산할 수 응력 – 변형 곡선을, 모략하는 tensometer를 사용하여 합성 섬유의 재료 특성을 결정하는 단계. 마지막으로,하지만 중요한 가치 때문에, 스풀 링 방적 및 그리기 apparatuses 오히려 정교하고 값비싼 맞춤형 장비를 구입하는 것보다 상용 부품을 사용하여 가정에서 만들 수 있습니다.
Protocol
Discussion
이 방법론에서 냈지 합성 섬유는 천연 섬유에 비해 크기의 순서에 기계식입니다. 스풀 링 및 게시물 스핀 추첨 프로세스를 mechanizing하여 인간의 오류의 양을 줄임으로써, 샘플 간의 실험 유사 콘텐츠를 더 많은 제어와 획기적으로 줄일 수 있습니다.
우리의 방법론은 거미 유전자 가족의 다른 구성원의 cDNAs에서 인코딩 재조합 단백질에서 돌다가있는 다른 섬유의 기계적 특성?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 각각 NSF 루이 보조금 MCB-0950372와 DMR-1105310받을 권리를 가진다 "블랙 위도우 거미의 실크와 거미의 실크 접착제의 기계적 동작의 분자 특성화"에 의해 지원되었다.
Materials
| Reagent/Equipment | Company | Catalogue number | Comments |
| pBAD/TOPO ThioFusion Expression Kit | Invitrogen | K370-01 | |
| FastBreak Cell Lysis Reagent, 10x | Promega | V857C | |
| Ni-NTA Agarose | Qiagen | 30210 | Includes instructions for buffers |
| ProteoSilver Silver Stain Kit | Sigma-Aldrich | PROTSIL1-1KT | |
| FreeZone Lyophilizer | Labconco | 7960041 | FreeZone 12Plus |
| Hexafluoroisopropanol (HFIP) | Sigma-Aldrich | 52512 | |
| Syringe | Hamilton | 7657-01 | 250 μL |
| Needle | Hamilton | 7780-01 | 26s Gauge, Blunt end removable needle |
| Syringe Pump | Harvard Apparatus | 702208 | 11Plus |
| Digital Caliper | Carrera | CP5906 | 0-150 mm range |
| Stainless steel forceps | World Precision Instruments | 501764 | Mini Dumont #M5S |
| Motor | Nature Mill | 7090529 | 12VDC, 2 rpm speed |
| Linear Actuator | Warner Electric | 01-D024-0050-A06-LP-IP65 | 24VDC, 6 inch range |
| Dissecting microscope | Leica Microsystems | Leica MZ16 | |
| Digital microscope camera | Leica Microsystems | DFC320 | Software: Leica Application Suite v2.8.1 |
| Vannas scissors | World Precision Instruments | 500260 | |
| Microtensometer | Aurora Scientific | 310C | 5N Dual-Mode System |
References
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