Բնությունը ոգեշնչել է մարդկանց պատրաստել տարբեր բիոնիկ կառույցներ։ Բնական սարդի մետաքսի գերազանց ամրությունն ու ամրությունը հիմնականում պայմանավորված է նրա հատուկ հիերարխիկ կառուցվածքով, ինչպիսիք են β-թերթի խաչմերուկային կետերը, բարձր դասավորված մոլեկուլային շղթաներով պարուրաձև նանոմոդուլները և կոշտ պատյանները և փափուկ միջուկները: Շատ հետազոտողներ նմանակել են այս հատկությունները՝ արհեստական ​​մանրաթելերի ավելի լավ հատկությունների հասնելու համար: Այնուամենայնիվ, դժվար է մնում հմտորեն օգտագործել պտտվող գործընթացը և միաժամանակ գիտակցել այս հիերարխիկ բնութագրերը:

Վերջերս Զուն-ֆենգ Լյու, Նանկայի համալսարան, Չինաստանի դեղագործական համալսարան Չժոու Սյան Մեյ-Ֆանգ Չժուն Դոնգհուայի համալսարանի հետազոտական ​​թիմի հետ, որը ոգեշնչված է սարդի մետաքսի սպիտակուցի կառուցվածքով, մի տեսակ լուծվող խաչաձև կապող նանո գելի պատրաստմամբ, սարդի մետաքսի նման մանողությամբ և հիերարխիկ կառուցվածքով: խաչաձեւ կապակցված մանրաթել, քանի որ ուղիղ պտտվող մանրաթելային նյութերը բարձր ամրությամբ և բարձր ամրությամբ ապահովում են նոր ռազմավարություն:

Սարդի մետաքսի սպիտակուցների β-փաթիլները գործում են որպես խաչաձև կապող կետեր, և դրանց խաչաձև կապող ցանցերը գտնվում են նանո չափերի գնդաձև սպիտակուցների մեջ: Արդյունքում, սարդի մետաքսի սպիտակուցները լուծելի են և կարող են ուղղակիորեն պտտվել շերտավոր մանրաթելերի մեջ՝ ինքնուրույն հավաքելով: Ոգեշնչված սարդի մետաքսի կառուցվածքից և մանող գործընթացից՝ հետազոտողները պատրաստել են լուծվող նանոգելներ՝ ներքին խաչաձև կապող ցանցով: Տարբեր մոնոմերների համար հարմար նանոգելներ են պատրաստվել՝ վերահսկելով խաչաձև կապող նյութի կոնցենտրացիան ազատ ռադիկալների պոլիմերացման գործընթացում։ Երբ խաչաձեւ կապող նյութի պարունակությունը 0.15%-ից հասնում է 1.05%-ի, նանո-գելային մակրոմոլեկուլների տրամագիծը և ագրեգացման քանակը աստիճանաբար աճում են:

Նանոգելի առաձգական պտտվող հզորության և դրա մասնիկների չափի միջև կապը ուսումնասիրելու համար հետազոտողները մանրաթելերը պտտեցին մեխանիկական փորձարկողի վրա մինչև մանրաթելերը կոտրվեցին՝ չափելով մեխանիկական սթրեսը: Տեսական մոդելը կանխատեսում է, որ կրիտիկական սթրեսը հակադարձ համեմատական ​​է նանոմասնիկների շառավիղի քառակուսի արմատին։

Հետագայում ուսումնասիրելու համար, թե արդյոք նանոբաղադրիչների չափերն ու դասավորությունը կարող են ճշգրտվել՝ ավելացնելով միջուկային մասնիկներ՝ մանրաթելերի մեխանիկական հատկությունները բարելավելու համար, հետազոտողները պատրաստեցին մեկ պատի ածխածնային նանոխողովակներ/պոլիդոպամին (SWNT-PDA) համալիր և սինթեզեցին նանոգելը: SWNt-PDA-ի առկայության դեպքում 0.15% խաչաձեւ կապող նյութով: Ուսումնասիրվել է միջուկացնող մասնիկների ազդեցությունը նանո-գելային մանրաթելերի կառուցվածքի և հատկությունների վրա։ Արդյունքները ցույց են տալիս, որ SWnT-PDA-ի THE պարունակության ավելացման հետ մեկտեղ նանոգելային մանրաթելերի կոտրվածքի ուժը, կոտրվածքի լարվածությունը և ամրությունը ցույց են տալիս աճի միտում, և նանոբաղադրիչները դասավորված են ավելի կոկիկ, և միջին տրամագիծը նվազում է:

Նախապես ձգվելով, մոլեկուլային շղթայի դասավորությունը զգալիորեն մեծանում է և մանրաթելի միջին տրամագիծը նվազում է: 50% առաձգական լարվածություն ունեցող մանրաթելերի համար կառուցվածքային էվոլյուցիան զգալիորեն բարելավում է մեխանիկական ամրությունը և նվազեցնում է երկարացումը ընդմիջման ժամանակ: Հետագա ոլորման օպտիմիզացումից հետո վերջապես ձեռք է բերվել 1.27 գպա մանրաթելերի կոտրման ուժի և 383 ՄՋ/մ3 ամրության համադրություն, ինչը շատ մոտ է բնական սարդի մետաքսի կատարողական արժեքին:

Հարակից աշխատանքը հրապարակվել է Advanced Materials-ում «Protein-like Nanogel for Spinning Hierarchically Structured Artificial Spider Silk» վերնագրով։