कई वैज्ञानिक मकड़ियों की रेशम के धागों को बुनने की असाधारण क्षमता को समझने के लिए उत्सुक हैं जो बेहद मजबूत, भारी और लचीले होते हैं। वास्तव में, मकड़ी का रेशम स्टील से अधिक मजबूत और केवलर से अधिक सख्त होता है। हालाँकि, अभी तक कोई भी मकड़ी के काम को दोहराने में सक्षम नहीं हो पाया है।
यदि हम इन गुणों के साथ सिंथेटिक सामग्री विकसित कर सकते हैं, तो एक पूरी नई दुनिया संभव होगी: कृत्रिम मकड़ी रेशम उद्योग में केवलर, पॉलिएस्टर और कार्बन फाइबर जैसी सामग्रियों की जगह ले सकता है, उदाहरण के लिए हल्के, लचीले बुलेटप्रूफ जैकेट बनाने में।
दक्षिणी डेनमार्क विश्वविद्यालय (एसडीयू) में बायोकैमिस्ट्री और आणविक जीवविज्ञान विभाग में पोस्टडॉक्टरल फेलो और बायोफिजिसिस्ट इरिना इचिना, सुपर स्पाइडर रेशम के लिए फार्मूला खोजने की दौड़ में शामिल हैं। दक्षिणी डेनमार्क विश्वविद्यालय में अपनी मास्टर डिग्री पर काम करने के दौरान वह मकड़ी के रेशम से आकर्षित हो गईं और वर्तमान में विल्लम फाउंडेशन के समर्थन से बोस्टन में एमआईटी में इस विषय पर शोध कर रही हैं।
अपने शोध के हिस्से के रूप में, वह दक्षिणी डेनमार्क विश्वविद्यालय के एक एसोसिएट प्रोफेसर, बायोफिजिसिस्ट जोनाथन ब्रेवर के साथ सहयोग कर रही हैं, जो जैविक संरचनाओं को देखने के लिए विभिन्न सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करने में विशेषज्ञ हैं।
अब, पहली बार, उन्होंने एक साथ मकड़ी के रेशम की आंतरिक संरचना का अध्ययन करने के लिए प्रकाश माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया है, इसे किसी भी तरह से काटे या खोले बिना। निष्कर्ष अब साइंटिफिक रिपोर्ट्स और स्कैन पत्रिकाओं में प्रकाशित हुए हैं।
जोनाथन ब्रेवर बताते हैं, "हमने कई उन्नत माइक्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग किया और एक नया ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप भी विकसित किया जो हमें तंतुओं के अंदर सभी तरह से देखने की अनुमति देता है।"
आज तक, मकड़ी रेशम का विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके विश्लेषण किया गया है, जिनमें से सभी ने नई अंतर्दृष्टि प्रदान की है। हालाँकि, जैसा कि जोनाथन ब्रूअर बताते हैं, इन तकनीकों में कमियां भी हैं, क्योंकि उन्हें माइक्रोस्कोपी के लिए क्रॉस-सेक्शन प्राप्त करने के लिए अक्सर धागों (जिन्हें फाइबर भी कहा जाता है) को खंडों में काटने या नमूनों को फ्रीज करने की आवश्यकता होती है, जो रेशम फाइबर की संरचना को बदल सकते हैं।
इरीना इचिना कहती हैं, "हम शुद्ध रेशों का अध्ययन करना चाहते थे जिन्हें काटा, जमे या किसी अन्य तरह से हेरफेर नहीं किया गया हो।" ऐसा करने के लिए, टीम ने सुसंगत एंटी-स्टोक्स रमन स्कैटरिंग, कन्फोकल माइक्रोस्कोपी, सुपर-रिज़ॉल्यूशन कन्फोकल प्रतिबिंबित प्रतिदीप्ति कमी माइक्रोस्कोपी, स्कैनिंग हीलियम आयन माइक्रोस्कोपी और हीलियम आयन स्पटरिंग जैसी कम आक्रामक तकनीकों का उपयोग किया।
विभिन्न अध्ययनों से पता चला है कि मकड़ी के रेशम के रेशे लिपिड या वसा की कम से कम दो बाहरी परतों से बने होते हैं। उनके पीछे, यानी तंतुओं के अंदर, कई तथाकथित तंतु होते हैं, जो सीधी रेखाओं में और पास-पास व्यवस्थित होते हैं (चित्रण देखें)। तंतुओं का व्यास 100 और 150 के बीच है, जो सामान्य ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी की माप सीमा से कम है।
इचिना ने कहा, "वे उतने मुड़े हुए नहीं हैं जितना लोगों ने सोचा था, इसलिए अब हम जानते हैं कि सिंथेटिक मकड़ी रेशम बनाने की कोशिश करते समय उन्हें मोड़ने की कोई ज़रूरत नहीं है।"
इचिना और ब्रेवर द्वारा उपयोग किए जाने वाले मकड़ी के रेशम के रेशे मेडागास्कर गोल्डन-ऑर्बिटेड स्पाइडर (नेफिला मेडागास्कैरिएन्सिस) से आते हैं। यह मकड़ी दो अलग-अलग प्रकार के मकड़ी रेशम का उत्पादन करती है: एक को एमएएस (मेजर एम्पुलेट सिल्कफाइबर) कहा जाता है, जिसका उपयोग मकड़ी के जाले बनाने के लिए किया जाता है और यह मकड़ियों द्वारा लटकने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला रेशम भी है, जिसे मकड़ियों की जीवन रेखा माना जा सकता है; यह बहुत मजबूत है और इसका व्यास लगभग 10 माइक्रोन है।
दूसरे को MiS (माइनर एम्पुलेट सिल्क फाइबर) कहा जाता है, जो निर्माण के लिए एक सहायक सामग्री है। यह अधिक लोचदार है और आमतौर पर इसका व्यास 5 माइक्रोन है। जोड़ी के विश्लेषण के अनुसार, एमएएस रेशम में लगभग 145 नैनोमीटर व्यास वाले फाइबर होते हैं। MiS का व्यास लगभग 116 नैनोमीटर है। प्रत्येक फाइबर प्रोटीन से बना होता है, और इसमें कई अलग-अलग प्रोटीन शामिल होते हैं। ये प्रोटीन मकड़ियों द्वारा रेशम के रेशे बनाते समय उत्पन्न होते हैं।
यह समझना महत्वपूर्ण है कि वे इतने मजबूत रेशे कैसे बनाते हैं, लेकिन उन्हें बनाना भी चुनौतीपूर्ण है। इसलिए, इस क्षेत्र के शोधकर्ता अक्सर रेशम का उत्पादन करने के लिए मकड़ियों पर भरोसा करते हैं।
वैकल्पिक रूप से, वे कम्प्यूटेशनल तरीकों की ओर रुख कर सकते हैं, जो इरीना-इचना वर्तमान में एमआईटी में कर रही है: "अभी, मैं कंप्यूटर सिमुलेशन कर रही हूं कि प्रोटीन को रेशम में कैसे परिवर्तित किया जाता है। बेशक, लक्ष्य यह सीखना है कि कृत्रिम मकड़ी रेशम का उत्पादन कैसे किया जाता है, लेकिन मुझे लोगों को हमारे आसपास की दुनिया को बेहतर ढंग से समझने में मदद करने में भी दिलचस्पी है।"