Ingeniører skaber programmerbare silkebaserede materialer med indlejrede, foruddefinerede funktioner

Ingeniører fra Tufts University har skabt et nyt format af faste stoffer fremstillet af silkeprotein, der kan forprogrammeres med biologisk, kemisk, eller optiske funktioner, såsom mekaniske komponenter, der ændrer farve med belastning, levere medicin, eller reagere på lys, ifølge et papir, der blev offentliggjort online i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ).

Ved hjælp af en vandbaseret fremstillingsmetode baseret på protein-selvsamling, forskerne genererede tredimensionelle bulkmaterialer ud af silkefibroin, proteinet, der giver silke sin holdbarhed. Derefter manipulerede de bulkmaterialerne med vandopløselige molekyler for at skabe flere faste former, fra nano- til mikroskalaen, der har indlejret, foruddefinerede funktioner.

For eksempel, forskerne skabte en kirurgisk nål, der ændrer farve, når den nærmer sig sine mekaniske grænser og er ved at mislykkes, funktionelle skruer, der kan opvarmes efter behov som reaktion på infrarødt lys, og en biokompatibel komponent, der muliggør vedvarende frigivelse af bioaktive midler, såsom enzymer.

Selvom der er behov for mere forskning, yderligere applikationer kan omfatte nye mekaniske komponenter til ortopædi, der kan indlejres i vækstfaktorer eller enzymer, en kirurgisk skrue, der ændrer farve, når den når sine momentgrænser, hardware såsom møtrikker og bolte, der registrerer og rapporterer om miljøforholdene i deres omgivelser, eller husholdningsartikler, der kan genformuleres eller omformes.

Silks unikke krystallinske struktur gør den til et af naturens hårdeste materialer. Fibre, et uopløseligt protein, der findes i silke, har en bemærkelsesværdig evne til at beskytte andre materialer, samtidig med at de er fuldstændigt biokompatible og bionedbrydelige.

"Evnen til at integrere funktionelle elementer i biopolymerer, kontrollere deres selvsamling, og ændre deres ultimative form skaber betydelige muligheder for bioinspireret fremstilling af højtydende multifunktionelle materialer, "sagde senior og tilsvarende undersøgelsesforfatter Fiorenzo G. Omenetto, Ph.d. Omenetto er Frank C. Doble -professor i Institut for Biomedicinsk Teknik på Tufts Universitets Ingeniørskole og har også en ansættelse i Institut for Fysik på Kunst- og Videnskabsskolen.