Av alla spännande ämnen inom material- och biokemisk forskning, en av de överlägset hetaste är att reda ut spindelsilkets mysterier.

Påstås ofta vara "starkare än stål", de proteinbaserade fibrerna har potential att förändra den materiella världen som vi känner den. Dock, trots årtionden av forskning, ingen har kunnat massproducera spindelsilke, främst för att den exakta metoden för hur den är gjord fortfarande är höljd i mystik.

I ett steg mot att förstå dess inre funktioner, forskare vid Kyoto Universitys Graduate School of Engineering rapporterar om en ny modell för montering av spindelsilke, rapporterar att nyckeln till spinning av spindelsilke är en kombination av försurning och en process som kallas vätske-vätskefasseparation, eller LLPS.

"Spindelsilke är gjord av proteiner som kallas spidroin. Spindeln har en körtel som är tätt fylld med spidroins i flytande tillstånd som kallas dope, " förklarar Ali D Malays första författare till studien, publiceras i Vetenskapens framsteg .

"Denna vätska omvandlas snabbt till det sega och strukturellt komplexa sidenet. För att undersöka exakt hur detta går till bestämde vi oss för att gå tillbaka till ritbordet och titta på själva spidroins. Så vi utvecklade konstgjorda spidroiner som nära efterliknar de som finns i naturen. "

Att utveckla proteinet var ingen lätt uppgift, men de landade på att använda en specifik spidroin som heter MaSp2, ett av de vanligaste spindelsilkeproteinerna, och som är vattenlösliga.

Efter att ha isolerat deras artificiella spindelsilkeprotein, laget började observera dess aktivitet under olika kemiska förhållanden, avser att förstå vilka viktiga kemiska förändringar som krävs för att vätskefasen ska bli fast.

"Vi såg först hur proteinet samlades i små kluster. Men när vi tillsatte kaliumfosfat började det omedelbart kondensera till stora högdensitetsdroppar, " förklarar Malay. "Detta är ett fenomen som kallas vätske-vätskefasseparation - det händer ganska ofta i celler - och det är när vätskedroppar ändrar sin storlek och densitet beroende på den omgivande miljön."

Men detta var bara en del av pusslet. Vad krävs för att göra denna flytande fas till de silkesfibrer vi känner så väl? Nyckeln var pH. När teamet sänkte lösningens pH, kulorna började smälta samman, bildar ett fint nätverk av fibrer.

Både LLPS och fibernätsbildning skedde så spontant att det var synligt i realtid. Dessutom, när fibernätet utsattes för mekanisk påfrestning började det organisera sig i en hierarkisk struktur precis som spindelsilke.

"Spindelsilke överträffar ofta de mest avancerade konstgjorda materialen idag, och att tillverka dessa syntetiska fibrer är ofta beroende av skadliga organiska lösningsmedel och höga temperaturer. Det som är otroligt här är att vi kunde bilda spindelsilke med vatten som lösningsmedel, och vid omgivningstemperaturer, " avslutar Keiji Numata som ledde studien.

"Om vi ​​kan lära oss att efterlikna mekanismerna för spinning av spindelsilke, det kan ha en djupgående inverkan på tillverkningens framtid."