Nye måder at styrke biomimetisk edderkoppesilke på

Forskere ved Karolinska Institutet har fundet ud af, at edderkopper har et særligt trick til at gøre deres silke stærk ved at bruge en naturlig biokompatibel molekylær forstærker. Ved at bruge den samme hemmelighed er forskerne i stand til at skabe biomimetiske edderkoppe-silkefibre på en ikke-giftig måde. Undersøgelsen er publiceret i Advanced Functional Materials .

Edderkoppesilke er kendt for at være et stærkt og miljøvenligt materiale, mens biomimetiske edderkoppesilke-lignende fibre i øjeblikket kommer til kort med hensyn til mekanisk ydeevne.

En strategi til at øge den mekaniske styrke af biomimetiske edderkoppesilke-lignende fibre er ved at introducere amyloiddannende motiver (fibrillære proteiner) i edderkoppesilkeproteiner (spidroiner). Det er dog vigtigt at bemærke, at amyloidfibriller i sagens natur er giftige, f.eks. silke nanofibriller afledt af kokoner, potentielt forbundet med forskellige sygdomme.

Gefei Chen, hovedforsker ved Institut for Biovidenskab og Ernæring, Karolinska Institutet og tilsvarende forfatter til denne nye undersøgelse, forklarer, at de molekylære forstærkere (spacer-domæner) i stedet selv samles til amyloidlignende fibriller gennem veje, der sandsynligvis undgår dannelse af cytotoksiske mellemprodukter. Inkorporering af dette spacer-domæne i en kimærisk spidroin letter selvsamling til silkelignende fibre, øger fibermolekylær homogenitet og markant forbedrer fiberens mekaniske styrke.

Dette spacer-domæne tilbyder derfor en måde at forbedre egenskaberne af rekombinante edderkoppesilke-lignende fibre, og forskerne håber at kunne bruge denne strategi på forskellige funktionelle materialer for at forbedre deres mekaniske egenskaber.

Undersøgelsen var en teamindsats af forskere fra Karolinska Institutet, Soochow University (Kina) og Umeå Universitet med en blanding af værktøjer, herunder kunstig intelligens, matematiske modeller og en metode til at spinde silke.

Flere oplysninger: Xingmei Qi et al, Edderkopper bruger strukturel konvertering af kugleformede amyloidogene domæner til at lave stærke silkefibre, avancerede funktionelle materialer (2024). DOI:10.1002/adfm.202315409

Journaloplysninger: Avancerede funktionelle materialer

Leveret af Karolinska Institutet