Президентская программа
исследовательских проектов

Не просто паутина

Источник: Университет ИТМО

Зачем держать пауков в лаборатории: забавы ради или науки? Группа молодых ученых под руководством Павла и Елены Кривошапкиных занимается исследованием природной паутины. Корреспондент «Мегабайт» посетил Лабораторию керамических и природных наноматериалов и узнал, в каких условиях содержат пауков и почему у одного из них даже есть инстаграм?

У лифта на третьем этаже корпуса на Ломоносова, 9 нас встречает Валерия Николаева, магистрант второго курса и участник научной группы. Она проводит нас в химико-биологический кластер — Международный институт Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies. Мы заходим в маленькую комнату. На стеллаже высотой во всю стену расположено 40 контейнеров, в каждом живет паук вида Linothele Fallax или Holothele Incei.

Нам показывают обитателей лаборатории — рыжих и черных, полосатых и монотонных, размером с большой палец. Но мы не боимся! Они неядовитые и спокойные. Только нервничают, когда лаборант пытается забрать драгоценную паутину.

Пауков привезли из Боливии. У них крупные паутинные железы, и они дают большое количество паутины. У самого спокойного и дружелюбного даже есть напечатанный на 3D-принтере домик и инстаграм @arkashapauk. В блоге вы узнаете больше о жителях «паучьей коммуналки» и их нелегких трудовых буднях.

Есть материал кевлар — из него делают бронежилеты. Так вот, паутина в три раза прочнее

«Мы заинтересованы именно в шелке паука, он обладает замечательными свойствами: механическая прочность, высокие жесткость и упругость. Паутина — биосовместимый материал: из него можно изготавливать бинты или импланты. У человека в таком случае не будет иммунного ответа. К тому же паутина способствует регенерации тканей».

Почему паук, а не шелкопряд? Валерия комментирует: «Шелкопряды — привлекательный объект для исследования. Многие научные группы работают с шелком, так как эти насекомые одомашнены и с ними легко работать. Тематика с пауками не так распространена, но не менее интересна. Паутина в три раза прочнее шелка, и человек все еще не разгадал тайну природы и не смог воспроизвести материал с такими же свойствами».

Аспирантка первого года Александра Киселева в своем исследовании обрабатывала волокно паутины различными наночастицами. В частности теми, которые светятся, когда на них воздействуют лазером определенной длины волны. Такое волокно можно помещать в организм человека для отслеживания регенерации тканей.

Одна из работ научной группы была связана с получением пленки для покрытия временных магниевых имплантов. Ставят их, когда рана в организме может затянуться сама, но ей нужна опора. Однако во внутренней среде организма магний вымывается из импланта. Пленка из паутины предотвращает этот процесс.


Источник: Университет ИТМО

Валерия Николаева работает над нетривиальной задачей — растворение волокна. За счет водородных связей между аминокислотами оно очень стабильно. Поэтому под действием стандартных веществ паутина растворяется до аминокислот. Работать с ней уже бессмысленно. Задача Валерии — подобрать такие условия и растворитель, чтобы волокно разрушалось не до конца.

В планах научной группы разобраться, как изменятся свойства материала, если паука обработать наночастицами: непосредственно или через еду.

Исследования лаборатории спонсируются грантом РНФ № 18-79-00269 Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Домик паука устроен так: в контейнер насыпан субстрат, на него кладут пленку, чтобы паутина не пачкалась. На каждом «жилище» написаны имя и пол «квартиранта». Паукам нужна высокая влажность, поэтому на дне стоит ванночка, которую наполняют водой два раза в неделю. В контейнер кладут перевернутую нижнюю часть коробки из-под яиц: так удобнее плести полотно и есть где спрятаться от назойливых лаборантов. Но это временное решение, скоро у всех пауков появятся домики. Кормят пауков живыми сверчками.

Во время сбора материала лаборант пинцетом наматывает паутину, как сладкую вату трубочкой. Затем помещает в пластиковую пробирку. 

«Сначала мы делали это в парах. Один держал крышку и следил, чтобы шустрый паук не сбежал, а второй его кормил или собирал паутину».

Замечаем закрытые чашки Петри с мертвыми пауками (да, такое бывает, пауки умирают от старости). Оказывается, в этом году к научной группе присое­динились первые биологи. Они изучают анатомию пауков после смерти. 

«Нам важно понять строение железы и химические процессы прядения паутины. Тогда мы сможем управлять ее биосинтезом, изменять его и получать новые материалы».

Переходим в лабораторию, где проводят «химическую» часть работы. Все по стандарту: мойки, шкафы с химической посудой, белые халаты, перчатки и пробирки. Идем к вытяжному шкафу. Работать приходится в нем, так как используемые реагенты летучие. В пробирке — мутный раствор, который рассеивает видимый свет, что доказывает наличие в растворе объектов в наноразмерном состоянии.

Пока мы не разводим пауков, но хотим заняться этим в будущем, потому как они дорогие и везти их далеко

Валерия отработала несколько методик для растворения паутины до наноразмерных частиц, состав которых определяется вторичными структурами белков паутины. Самые важные среди них — бета-листы, которые представляют из себя маленькие кристаллы белков и отвечают за механическую прочность:

«Я могу использовать растворы сильных органических кислот или предварительно обработать паутину при низкой температуре (в жидком азоте, например), тем самым облегчив процедуру дальнейшего растворения уже в более “мягких” условиях. Из полученных растворов легко делать пленки, гели или, например, защитные покрытия».

Лаборатория керамических и природных наноматериалов сотрудничает со Шведским университетом сельскохозяйственных наук (SLU University). Там занимаются исследованием и получением искусственной паутины с помощью инструментов генетической инженерии. «Мы поставляем им натуральную паутину, а они нам — искусственное волокно. Сравниваем их свойства и делимся полученными результатами».

Возврат к списку