クモの糸を伸ばすと強くなる(Stretching spider silk makes it stronger)

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2025-03-07 ノースウェスタン大学

ノースウェスタン大学の研究チームは、クモが糸を紡ぐ際に後脚で引っ張る動作が、糸の強度と弾性を高める鍵であることを明らかにしました。 コンピューターモデルを用いたシミュレーションにより、引っ張る過程でタンパク質鎖が整列し、鎖間の結合数が増加することが判明しました。これにより、糸の強度と耐久性が向上します。さらに、実験室で作製した人工クモ糸を用いた実験でも、この予測が確認されました。これらの知見は、生分解性の強靭な縫合糸や高性能の防弾装備など、様々な応用分野でのクモ糸に着想を得たタンパク質や紡糸プロセスの設計に役立つ可能性があります。

<関連情報>

延伸工程の予測モデリングによる合成絹繊維の機械的特性の包絡線図 Charting the envelope of mechanical properties of synthetic silk fibers through predictive modeling of the drawing process

Jacob J. Graham, Shri V. Subramani, Xinyan Yang, Timothy M. Russell, […], and Sinan Keten
Science Advances   Publishe:7 Mar 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adr3833

クモの糸を伸ばすと強くなる(Stretching spider silk makes it stronger)

Abstract

A major challenge in synthesizing strong and tough protein fibers based on spider silk motifs is understanding the coupling between protein sequence and the postspin drawing process. We clarify how drawing-induced elongational force affects ordering, chain extension, interchain contacts, and molecular mobility through mesoscale simulations of silk-based fibers. We show that these emergent features can be used to predict mechanical property enhancements arising from postspin drawing. Simulations recapitulate a purely process-dependent mechanical property envelope in which order enhances fiber strength while preserving toughness. The relationship between chain extension and crystalline domain alignment observed in simulations is validated by Raman spectroscopy of wet-spun fibers. Property enhancements attributed to the progression of anisotropic extension are verified by mechanical tests of drawn silk fibers and justified by theory. These findings elucidate how drawing enhances properties of protein-based fibers and shed light on how to incorporate this effect into predictive models.

0601紡糸、加工糸の方法及び設備
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