Одежда из мышечных волокон кажется необычной, но если такие волокна потребляют больше энергии до разрыва, чем хлопок, нейлон или кевлар, то почему бы и не использовать их? Не переживайте, эти «мышцы» можно создать без вреда для животных.
Биология вдохновляет на создание новых материалов. Природа предлагает множество высокоэффективных биоразлагаемых материалов из возобновляемого сырья с использованием малоэнергозатратных водных процессов. К таким примерам относятся прочная паучья щетина и высокоэластичная смола насекомых. Также изучаются мышечные волокна, чтобы создать материалы с аналогичными свойствами для таких применений, как мягкая робототехника.
Большинство натуральных материалов нелегко использовать из-за их ограниченной добычи, поскольку медленно растут организмы. Исследователи для облегчения практического использования и разработки высокоэффективных возобновляемых материалов обращаются к микробиологическим методам производства.
Микробное производство титина
В ходе исследования, проведённого командой из Вашингтонского университета (Сент-Луис), выявлен способ производства синтетических мышечных белков при помощи бактерий кишечной палочки. Ученые разработали подход синтетической химии для полимеризации белков внутри модифицированных микробов, что позволило им вырабатывать высокомолекулярный мышечный белок титин – один из трёх основных белковых компонентов мышечной ткани. Затем этот белок скручивался в волокна.
Чтобы дать возможность микробам производить такие белки (самые большие в природе, примерно в пятьдесят раз превышающие размер средней бактерии), исследователи генетически модифицировали микроорганизмы для восстановления более мелких сегментов этих молекул. Затем использовали процесс мокрого прядения для превращения их в волокна диаметром около десяти микрон (одна десятая толщины человеческого волоса).
Команда изучила структуру волокон, чтобы понять молекулярные механизмы, дающие им сочетание жесткости, прочности и отличной амортизации. В будущем эти волокна могут быть использованы для создания одежды или снаряжения, более прочного, чем кевлар.
Благодаря сходству с белками мышц этот материал может быть биосовместим и пригоден для широкого спектра биомедицинских целей: швов, работы в области тканевой инженерии, биомедицинских имплантов или протезов.