hirdetés
hirdetés

Műszaki textíliák

Nagy jövő előtt a pókselyem ipari hasznosítása

A pókselyem textilipari hasznosítása már régóta foglalkoztatja a textilipar kutatóit. Ez a téma azonban az utóbbi évtizedekben újra és hangsúlyosan előkerült, mert a pókselyem kiváló fizikai és mechanikai tulajdonságai az egyre fontosabbá váló és egyre szélesebb körben alkalmazott műszaki és gyógyászati textíliákban nagyon jól hasznosíthatók lehetnének.

hirdetés

Az első ismert próbálkozás a pókselyem textilipari feldolgozására Francois-Xavier Bon de Saint Hilaire nevéhez fűződik, aki 1710-ben pókszálakból kesztyűt és harisnyát készített XIV. Lajos számára. A 19. század elején Raimondo de Termeyer Napóleon részére állított elő harisnyát, és felesége, Josephine számára sálat, ugyancsak pókselyemből. 1900-ban a párizsi világkiállításon bemutattak egy kis vég ilyen szövetet, amelyhez 25 000 pók száltermelését használták fel.

1 Pókselyemből készült palást
1 Pókselyemből készült palást

Az Amerikai Természettudományi Múzeumban 2009-ben mutatták be a világon eddig készült két legnagyobb pókselyemterméket, egy megközelítően 2 méter hosszú és 1,2 m széles, hosszú rojtokkal készült sálat és egy gazdag mintázatú, 1,5 kg tömegű palástot (1. ábra). Anyagukat több mint egymillió madagaszkári óriás keresztespók száltermeléséből nyerték, amely eleve aranyszínű selymet bocsát ki magából. A szükséges mennyiséget nyolc ember öt év alatt gyűjtötte össze, a szövés maga négy év munkája volt. Módszerük előzménye Jacob Paul Camboué francia misszionárius kísérlete volt, aki az 1880-1890-es években Madagaszkáron működött, és egy kis, kézzel hajtott szerkezetet („pókfejő gépet”) készített (2. ábra) a pók selymének motollára tekercselésére anélkül, hogy a pók megsérült volna. Ehhez hasonló elven működő, de 24 pókot befogadó gépet szerkesztett Simon Peers madagaszkári kutató, aki azután Nicholas Godley-val közösen fejlesztette ki a 2000-es évek elején a végső eljárást, amelynek egyik eredménye az 1. ábrán bemutatott palást.

2 „Pókfejő gép”
2 „Pókfejő gép”

Shigeyoshi Osaki japán kutató 2012-ben hegedűhúrokat készített pókselyemből. Muzsikusok az ilyen húrokkal felszerelt hangszer „lágy és mély hangszínét” dicsérték.

Kiváló tulajdonságai vannak

A pókok által kibocsátott szálak szakítóereje a fajtától függ. A legerősebb pókselymek szakítószilárdsága rendkívül nagy, 1,4 GPa körül van (szemben például az acél 0,5 GPa szakítószilárdságával), szakadási nyúlása 33 százalék. A para-aramidok csoportjába tartozó kevlar szál erősebb ugyan, de sokkal merevebb (3. ábra). A pókselyem fajlagos tömege 1,3 g/cm3, szemben a kevlar szál 1,44 g/cm3 és az acélhuzal 7,84 g/cm3 megfelelő értékével. Hővezető képessége felülmúlja a rézét. A pókselyem szerves és vizes oldószerekben általában nem oldódik, gyenge savaknak és lúgoknak ellenáll. A környezeti hőmérséklet változásai tulajdonságait nem befolyásolják. A pókselyemnek emellett más, például a gyógyászat szempontjából előnyös tulajdonságai is vannak. Elősegíti a sebek gyógyulását (ezt már az ősidőkben is felfedezték az emberek: pókhálóval borították be a sebet), K-vitamin-tartalmánál fogva vérzéscsillapító hatású.

3 A pókselyem és a kevlar szakítóerő-nyúlás diagramjának összehasonlítása
3 A pókselyem és a kevlar szakítóerő-nyúlás diagramjának összehasonlítása

A pókselyem e kiváló tulajdonságai késztetik a kutatókat újabb és újabb eljárások kidolgozására a pókselyem gazdaságos előállítására.

Pókselyem kecsketejből

A kanadai Nexia Biotechnologies Inc. által az 1990-es évek végén kifejlesztett biotechnológiai eljárásnál kivonták és házikecskébe klónozták egy fajta keresztespók génjét. Ennek az eljárásnak az eredményeként a kecsketejből viszonylag jelentős mennyiségű, 1-2 g/l pókselyemproteint tudtak kinyerni, amelyből nedves szálhúzási eljárással szálakat lehetett előállítani. A kísérlet valószínűleg nem járt a várt sikerrel, mert újabb eredményekről 2002 óta nem olvashattunk, és a cég 2006-ban tönkre is ment.

Előállítás baktériumok segítségével

A német AMSilk GmbH cégnek sikerült baktériumok segítségével előállítania a szpidroint, a pókselyem fő proteinjét, és ezt pókselyemmé átalakítania. A kísérletek eredményeképpen 2014-ben megkezdődött a próbagyártás, és 2015-ben Biosteel mákanévvel megkezdhették a tömeggyártást. Ez a szál teljes mértékben rekombinált selyemproteinből áll. Szakítószilárdsága, rugalmassága, szívóssága a természetes pókselyeméhez hasonló. A szál puha és sima, biológiailag lebontható. A hernyóselyemhez hasonló fényű, fényes fehér, és a szokásos textilszínező eljárásokkal színezhető. Lehetséges alkalmazási területei: nagy teherbírású műszaki textíliák, sportszerek, gyógyászati textíliák és sebészeti textíliák.

Az új textilipari nyersanyag máris felkeltette az Adidas érdeklődését, amely, amint azt 2016 végén bejelentették, egyelőre kísérletképpen ebből az anyagból készült kötött kelmét alkalmaz cipőfelsőrész gyanánt (4. ábra).

Selyemhernyóból pókselyem

Az egyik legígéretesebb fejlesztés az amerikai Kraig Biocraft Laboratories nevéhez fűződik, amely több egyetemmel együttműködve létrehozta a Monster Silk, majd ennek továbbfejlesztéseként a Dragon Silk elnevezésű, géntechnológiai úton előállított terméket: pókok selyemfehérjéjét fuzionáltatták a selyemlepke selyemproteinjével. Ez tehát valójában egy hernyóselyemszálat eredményezett, amely pókselyem proteinjét is tartalmazza. Ezáltal a végtermék sokkal erősebb és hajlékonyabb, mint a közönséges hernyóselyem. Textilipari feldolgozása lényegében megegyezik a selyemfonal készítésével.

4 Biosteel anyagú Adidas sportcipő
4 Biosteel anyagú Adidas sportcipő

A pókselyemfehérjével genetikailag módosított selyem mechanikai tulajdonságai, valamint az a körülmény, hogy – természetes alapanyagú lévén – biológiailag lebontható, arra a reményre jogosítanak fel, hogy számos helyen átveheti a rendkívül nagy szilárdságú, szintetikus úton előállított para-aramid szálasanyagok szerepét. Az elképzelések szerint elsősorban polgári és katonai védőruhák (védőkesztyűk, golyóálló mellények stb.) előállítását szolgálja majd. A gyógyászatban varrófonalak, mesterséges inak, szalagok előállítására is használható lehet.

A cég tehát lényegében génmódosított selyemhernyókat tenyészt saját területein, ahova kétezer eperfát telepített (az eperfalevél a selyemhernyók tápláléka), valamint Vietnámban is létrehozott egy ilyen selyemtermelő egységet. A selyemgubókból állítják elő – a hernyóselyem készítéséhez hasonló módon – a rekombinált pókselyemszálakat. Az eljárás olyannyira sikeresnek ígérkezik, hogy az USA hadserege szerződést kötött a céggel a Dragon Silkből készült golyóálló mellények kipróbálására.

Pókselyemgyártás pókok nélkül

A 2007-ben alapított japán Spiber Inc. cég gondosan elemezte a pók genomjának selyemtermelő részét, és ennek alapján mesterségesen szintetizálnak egy gént. Ebből kiindulva ezt a rekombinálódó gént egy mikrobába ültetik, és kitenyésztik, majd a pókselyemproteint elválasztják a gazdamikrobától. A következőkben az így nyert proteint finomítják, és szálat húznak belőle. Végül ezt a szálat különböző termékekben kipróbálják, és elemzik a tulajdonságokat. Tapasztalataikat a következő fejlesztési menetben felhasználják. Ezen a módon az anyag egyre tovább finomodik, amivel minden új generáció tovább tökéletesedik. A rekombinált pókselyemproteinből készült bioszálasanyag neve Qmonos. 2015-ben ebből az anyagból Moon Parka néven egy dzsekit mutattak be. A tervek szerint 2017-ben a termék megjelenik a japán piacon.

Az amerikai Bolt Thread vállalat ugyancsak mesterségesen előállított selyemproteinekből hozott létre pókselymet. Az volt az elgondolásuk, hogy a pókháló szálaiból kivont proteinből hoznak létre szintetikus szálat. Tanulmányozták a természetből származó selyemproteineket, hogy megállapíthassák, miben rejlenek tulajdonságaik, és ennek a természetes anyagnak az inspirációjára fejlesztettek ki mesterségesen proteineket. Ezeket nagy mennyiségben fermentációval, élesztő, cukor és víz alkalmazásával állították elő. Az élesztő a fermentáció folyamán folyékony állapotban hoz létre proteineket, amelyekből azután a mesterséges szálasanyagoknál alkalmazott nedves szálhúzáshoz hasonló módon állítanak elő szálakat. Egyelőre csak kis mennyiség gyártására képesek, és az így előállított szálak minősége még nem éri el a kívánatos színvonalat, de együttműködnek a sportruházatokat gyártó Patagonia céggel, amely fantáziát lát ebben a fejlesztési munkában.

5 Mesterséges ínszalag
5 Mesterséges ínszalag
A 2014-ben alapított izraeli Seevix Material and Sciences Ltd. eljárásának lényege, hogy a pókselyem-DNA visszaalakításán alapuló technológia révén létrehozzák a szálat alkotó proteinek összeállításának természetes folyamatát, és ezzel közvetlenül valódi pókselymet készítenek. A cég olyan géntechnológiai eljárást alkalmaz, amely nagymértékben hasonlít a biológiai rendszerhez. Az így nyert szálak jellemző tulajdonságai azonosak a természetes pókselyméivel vagy még jobbak is annál. A Seevix eljárása egylépcsős folyamat, ami lerövidíti a gyártási időt, csökkenti a költségeket, és lehetővé teszi a mesterséges pókselyem tömeggyártását.

Biokompatibilitásánál fogva különösen hangsúlyozzák gyógyászati alkalmazását: lágy szövetek helyreállító sebészeténél, ínszalagoknál, orvosi hálók készítésénél. Erősebb, vékonyabb angioplasztikai ballonok is készíthetők a pókselyemből. A legtöbb implantátum anyaga (például a szilikon és a poliuretán), amelyeket helyreállító implantátumokhoz, katéterekhez és sztentekhez használnak, hatékonyan burkolható pókselyemmel. A Seevix szálai erősítő anyagként használhatók a szövettenyésztésben és sebek zárásához, és elősegítik a valódi sejtnövekedést.

A témával foglalkozó szakemberek a szál kiváló tulajdonságainak ismeretében nagy jövőt jósolnak a pókselyem gyakorlati, műszaki és gyógyászati alkalmazásának, amennyiben nagy tömegben, gazdaságosan lesz előállítható. 

A képek forrása sorrendben:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spider_silk_cape.jpg

http://littlemissmarried.wordpress.com/2012/02/19/golden-spider-silk-cape-at-the-va/

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wikipedia_Kevlar_Silk_Comparison.jpg

https://www.adidas-group.com/en/media/news-archive/press-releases/2016/adidas-unveils-worlds-first-performance-shoe-made-biosteel-fiber/

https://www.coringroup.com/australia/medical_professionals/products/ligaments/applications/

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés