Il y a deux caractéristiques qui travaillent ensemble pour rendre la soie d'araignée si solide et résistante.

Hannes Schniepp dit que la structure moléculaire de la protéine à partir de laquelle la soie est filée - la première partie du secret de l'araignée - est assez bien comprise.

"La biologie moderne nous a donné les outils pour exécuter une séquence, " a déclaré Schniepp. "Mais ce n'est qu'un pas."

Schniepp est professeur agrégé au département des sciences appliquées de William &Mary. Lui et son laboratoire ont travaillé sur la rétro-ingénierie de la deuxième étape :comment l'appareil à filer de l'araignée traite et organise mécaniquement la protéine. Certaines araignées ont développé des organes pour extruder des brins qui, pour leur taille, sont beaucoup plus solides que l'acier. Ils ont reçu un nouveau financement de la National Science Foundation pour poursuivre leurs recherches.

Le laboratoire se concentre sur les araignées recluses brunes, que Schniepp compare à la guilde des légendaires forgerons asiatiques.

"Les forgerons qui travaillaient pour les samouraïs au Japon ont trouvé un moyen très compliqué de fabriquer des lames meilleures que n'importe quelle autre épée, " a-t-il dit. " Tout était dans la façon dont ils ont traité le matériel.

"À la fin, la lame est toujours en fer et en carbone, mais si vous les traitez correctement, vous obtenez un produit exceptionnel, " il a continué.

Les forgerons japonais n'ont pas discuté des secrets de leur métier et le reclus brun non plus. Ainsi, le laboratoire Schiepp utilise une gamme d'instruments et de techniques pour déduire la méthode de l'araignée à partir de détails, examen minutieux du matériel Web.

Schniepp et d'autres scientifiques des matériaux sont intéressés à apprendre les secrets de la recluse brune comme première étape essentielle pour synthétiser la substance. Il précise que son laboratoire s'intéresse également à d'autres soies naturelles.

"L'araignée recluse brune est un système modèle vraiment passionnant qui nous fournit des informations uniques sur le fonctionnement de la soie. Et jusqu'à présent, nous nous sommes fortement concentrés sur la recluse brune, " dit Schniepp. " Mais nous pensons que ce que nous pouvons apprendre de la recluse s'applique également à d'autres soies – d'autres soies d'araignées et même de la soie de vers à soie. Nous élargissons donc en quelque sorte notre champ d'application pour avoir une compréhension plus générale des soies - comment elles fonctionnent, leur mécanique intérieure."

Il a souligné qu'il existe un "grand spectre" d'utilisations possibles des protéines synthétiques inspirées des fibres produites par les insectes et les arachnides. Les matériaux à base de substances naturelles sont susceptibles d'être plus durables sur le plan environnemental que la récolte actuelle de plastiques fabriqués à partir de combustibles fossiles. Par exemple, Schniepp imagine une bouteille d'eau faite d'une protéine.

"Alors tu bois l'eau, " dit-il. " Et puis quand vous avez terminé, vous pouvez manger la bouteille et obtenir votre dose quotidienne de protéines. Ou vous pouvez simplement le jeter dehors et un animal viendra le manger. »

L'aube de l'âge de ces substances synthétiques utiles est à nos portes, a dit Schniepp. Il a mentionné une start-up californienne qui crée des vêtements de créateurs — « cher, avec un prix très élevé" - à partir d'une soie synthétique.

L'objectif du laboratoire Schniepp est de faire progresser la compréhension des soies naturelles et de la façon dont elles sont produites afin que les versions synthétiques puissent être développées pour une production de masse au-delà des marchés de la boutique.

"Vous commencez par faire de petites quantités, " il a dit, "et ils vont naturellement être chers. Mais au fur et à mesure que vous en apprendrez plus, vous apprenez à optimiser et cela devient de moins en moins cher."

Le laboratoire Schniepp étudie la soie d'araignée recluse brune depuis cinq ans et a contribué de manière significative à la découverte des secrets de l'araignée. Leurs travaux ont ouvert la voie à une meilleure compréhension de la soie de la recluse brune.

"Avant, les gens avaient toutes sortes de modèles complexes de ce à quoi ressemble la fibre de soie et de ce qui rend une fibre de soie si solide. Mais il a toujours été très difficile de le confirmer directement, " at-il dit. " Les preuves expérimentales étaient vraiment rares. "

Mais la recluse fait une soie qui a une forme différente des autres araignées, un fait que le laboratoire de Schniepp a pu utiliser pour découvrir une nouvelle façon de regarder à l'intérieur de la structure du fil de soie. "Et ce que nous avons appris, c'est que ce ruban est entièrement composé de nanofibrilles, " expliqua-t-il - des brins qui sont 3, 000 fois plus fin en diamètre qu'un cheveu humain.

Ils ont également signalé que la soie est composée de nanofibrilles individuelles disposées en parallèle et non tordues comme les brins d'une corde. Une autre découverte est que la recluse brune ajoute à la résistance de la soie en faisant de petites boucles dans chaque brin.

Le nouveau financement de la NSF permettra au laboratoire de poursuivre son examen de la nature des nanofibrilles, en utilisant la microscopie et la spectroscopie avancées. Le but est de compléter la compréhension de la soie, du niveau moléculaire s'étendant à la longueur de la fibre de soie entière.

Les membres du laboratoire Schniepp comprennent des étudiants de premier cycle ainsi que des doctorants. étudiants à William &Mary. Schniepp dit qu'il poursuivra les programmes de sensibilisation auprès des étudiants STEM de la maternelle à la 12e année.

"Nous avons eu des collégiens dans notre laboratoire. Nous proposons des stages d'été aux lycéens; j'ai eu plusieurs étudiants qui ont fait un stage de recherche senior d'un an à la Governor's School of Science and Technology de Hampton, " Schniepp a déclaré. "Nous pouvons vraiment atteindre les gens à tous les niveaux et les enthousiasmer pour cette recherche et peut-être influencer certains d'entre eux à choisir une carrière dans les STIM et aider à faire progresser ces nouvelles technologies. "