Fremstilling af et gennemsigtigt fleksibelt materiale af silke og nanorør

Silkefibrene produceret af Bombyx mori, den hjemlige silkeorm, har været værdsat i årtusinder som et stærkt, men letvægts og luksuriøst materiale. Selvom syntetiske polymerer som nylon og polyester er billigere, de kan ikke sammenlignes med silkens naturlige kvaliteter og mekaniske egenskaber. Og ifølge forskning fra University of Pittsburghs Swanson School of Engineering, silke kombineret med kulstof nanorør kan føre til en ny generation af biomedicinsk udstyr og såkaldte forbigående, biologisk nedbrydelig elektronik.

Studiet, "Fremme helix-rig struktur i silkefibroinfilm gennem molekylære interaktioner med kulstofnanorør og selektiv opvarmning til gennemsigtige biologisk nedbrydelige enheder", blev vist på forsiden den 26. oktober af tidsskriftet American Chemistry Society Anvendte nanomaterialer .

"Silke er et meget interessant materiale. Det er lavet af naturlige fibre, som mennesker har brugt i tusinder af år til at lave tekstiler af høj kvalitet, men vi som ingeniører er for nylig begyndt at værdsætte silkes potentiale for mange nye applikationer såsom fleksibel bioelektronik på grund af dets unikke biokompatibilitet, biologisk nedbrydelighed og mekanisk fleksibilitet, " bemærkede Mostafa Bedewy, assisterende professor i industriel teknik ved Swanson School og hovedforfatter af papiret. "Spørgsmålet er, at hvis vi vil bruge silke til sådanne applikationer, vi vil ikke have det i form af fibre. Hellere, vi ønsker at regenerere silkeproteiner, kaldet fibroiner, i form af film, der udviser ønsket optisk, mekaniske og kemiske egenskaber."

Som forklaret af forfatterne i videoen nedenfor, disse regenererede silkefibroiner (RSF'er) er dog typisk kemisk ustabile i vand og lider af ringere mekaniske egenskaber, på grund af vanskeligheden ved præcist at kontrollere den molekylære struktur af fibroinproteinerne i RSF-film. Bedewy og hans NanoProduct Lab-gruppe, som også arbejder meget på kulstof nanorør (CNT'er), mente, at de molekylære interaktioner mellem nanorør og fibroiner måske kunne gøre det muligt at "tune" strukturen af ​​RSF-proteiner.

"Et af de interessante aspekter ved CNT'er er, at når de er spredt i en polymermatrix og udsat for mikrobølgestråling, de opvarmes lokalt, " Dr. Bedewy forklarede. "Så vi spekulerede på, om vi kunne udnytte dette unikke fænomen til at skabe ønskede transformationer i fibroinstrukturen omkring CNT'erne i en "RSF-CNT"-komposit."

Ifølge Dr. Bedewy, mikrobølgebestråling, kombineret med en opløsningsmiddeldampbehandling, gav en unik kontrolmekanisme for proteinstrukturen og resulterede i en fleksibel og gennemsigtig film, der kan sammenlignes med syntetiske polymerer, men som kunne være både mere bæredygtig og nedbrydelig. Disse RSF-CNT film har potentiale til brug i fleksibel elektronik, biomedicinske anordninger og transient elektronik såsom sensorer, der ville blive brugt i en ønsket periode inde i kroppen fra timer til uger, og derefter naturligt opløses.

"Vi er spændte på at fremme dette arbejde yderligere i fremtiden, da vi ser frem til at udvikle de videnskabelige og teknologiske aspekter af disse unikke funktionelle materialer, " sagde Dr. Bedewy. "Fra et videnskabeligt perspektiv, der er stadig meget mere at forstå om de molekylære interaktioner mellem funktionaliseringen på nanorøroverflader og proteinmolekyler. Fra et ingeniørmæssigt perspektiv, vi ønsker at udvikle skalerbare fremstillingsprocesser til at tage kokoner af naturlig silke og omdanne dem til funktionelle tynde film til næste generations bærbare og implanterbare elektroniske enheder."