Spinrag sterker dan Kevlar maar veel moeilijker te maken

Polymeerchemici maken al tientallen jaren polymeren uit tamelijk simpele basiseenheden in steeds ingewikkelder processen. Het uiteindelijke resultaat is nog altijd een mengsel van polymeerketens met verschillende lengtes, wat de uiteindelijke eigenschappen van het materiaal negatief beinvloedt. in de natuur kent men dit soort problemen niet. Eiwitten en andere biopolymeren worden in grote hoeveelheden en altijd op dezelfde manier gemaakt, exact zoals het DNA het voorschrijft. Toch is het moeilijk te geloven dat het mogelijk is om met behulp van spinrag een kogelvrij vest te maken. Maar spinrag zou daarvoor bij uitstek geschikt zijn. Het is bijna even sterk als Kevlar, de bekende ultrasterke vezel van DuPont, waar tot nu toe de kogelvrije vesten van gemaakt worden.

In sommige opzichten wint spinrag het zelfs van het synthetische materiaal. Want Kevlar kan maar 4% uitrekken voordat het breekt, terwijl spinrag wel 15% lager kan worden, waardoor het veel meer energie kan opvangen. Wanneer een insekt het weg invliegt rekken de dragen eerst snel uit. Om te voorkomen dat de prooi weer net zo snel het weg uit wordt gesmeten keert het weg langzaam naar de uitgangstoestand terug. Verder behoudt spinrag ook bij zeer lager temperaturen zijn elasticiteit.

Al met al ideale eigenschappen voor een licht en ultrasterk materiaal. Het is dan ook niet verwonderlijk dat wetenschappers in dienst van het US Army Natick Research Center in Massachussetts in samenwerking met de Universiteit van Wyoming fervente pogingen in het werk stellen om dit natuurprodukt op grote schaal te synthetiseren. Onderzoek naar de structuur en eigenschappen van spinrag vindt overigens al sinds het begin van deze eeuw plaats, toen onder meer werd aangetoond dat het spinrag voor meer dan 99% uit eiwitten bestaat.

De meeste spinnen kunnen zeven verschillende soorten eiwit produceren in even zovele klieren: sommige draden zijn om prooien te omwikkelen, andere fungeren om het weg vast te maken aan bijvoorbeeld struiken. Om voldoende spinrag voor het onderzoek in handen te krijgen worden de spinnen 'gemolken', wat wil zeggen dat een draad wordt bevestigd aan een klos die vervolgens met een motortje wordt opgewonden. Op deze manier kan makkelijk 3 tot 5 milligram per spin per dag worden verkregen, een draad van zo'n 320 meter lang, zonder dat het (verdoofde) beestje daar direct nadeel van ondervindt.

Om vervolgens meer te weten te komen over bijvoorbeeld de structuur of de aminozuurvolgorde moet het spinrag stap voor stap worden afgebroken, maar dat is niet eenvoudig. Spinrag lost alleen op in sterke zuren, onder toevoeging van reactieve chemicalien. De Amerikaanse chemicus Randy Lewis meldde tijdens een conferentie van de American Chemical Society (Science, 1 april 1994, pagina 33) dat hij met behulp van rontgenstralen en NMR de structuur van een aantal eiwitten had bepaald. Een deel van de eiwitketens blijkt elkaar als een soort Lego-blokken vast te houden, waardoor zeer geordende, bijna kristallijne onderdelen ontstaan. De blokken worden onderling verbonden door zogenaamde alpha- helices, die veel wanordelijker zijn en die daardoor de spinragvezel zijn elasticiteit verschaffen.

Daarnaast waren Lewis en zijn medewerkers erin geslaagd om de DNA-code voor twee van de eiwitten in te brengen in bacterien, die daarop de eiwitten in grote hoeveelheden begonnen te produceren. Dat is echter nog maar de eerste stap, want nu moet ook nog worden uitgevonden hoe uit een reageerbuisje vol met (in water oplosbaar) eiwit de onoplosbare draden moeten worden gesponnen. Dat vergt weer veel kennis van de inwendige organen van de spin. Het zal dus nog wel even duren voordat 'bacterieel' spinrag uiteindelijk commercieel verkrijgbaar zal zijn en tot die tijd zullen politie-agenten, bergbeklimmers en bungy-jumpers het nog moeten doen met de ouderwetse synthetische plastics.