Att uppnå styrka och töjbarhet samtidigt har hittills varit en stor utmaning inom materialteknik:ökad hållfasthet har inneburit att töjbarheten tappats och vice versa. Nu har forskare från Aalto-universitetet och VTT lyckats övervinna denna utmaning, med inspiration från naturen.

Forskarna skapade ett helt nytt biobaserat material genom att limma ihop träcellulosafibrer och silkesproteinet som finns i spindelnätstrådar. Resultatet är ett mycket fast och motståndskraftigt material som kan användas i framtiden som en möjlig ersättning för plast, som en del av biobaserade kompositer och i medicinska tillämpningar, kirurgiska fibrer, textilindustri och förpackningar.

Enligt Aalto-universitetets professor Markus Linder. naturen erbjuder fantastiska ingredienser för att utveckla nya material, såsom fast och lättillgänglig cellulosa och segt och flexibelt silke som används i denna forskning. Fördelen med båda dessa material är att till skillnad från plast, de är biologiskt nedbrytbara och skadar inte naturen på samma sätt som mikroplast gör.

"Våra forskare behöver bara kunna reproducera de naturliga egenskaperna, tillägger Linder, som också ledde forskningen.

"Vi använde björkmassa, bröt ner den till nanofibriller av cellulosa och anpassade dem till en styv ställning. På samma gång, vi infiltrerade cellulosanätverket med en mjuk och energiavledande limmatris av spindelsilke, " säger forskaren Pezhman Mohammadi från VTT.

Silke är ett naturligt protein som utsöndras av djur som silkesmaskar och som även finns i spindelnätstrådar. Spindelnätssilke som används av Aalto-universitetets forskare, dock, är egentligen inte taget från spindelnät utan produceras istället av forskarna med hjälp av bakterier med syntetiskt DNA.

"Eftersom vi känner till DNA:ts struktur, vi kan kopiera den och använda den för att tillverka silkesproteinmolekyler som kemiskt liknar dem som finns i spindelnätstrådar. DNA har all denna information i sig, Linder förklarar.

"Vårt arbete illustrerar de nya och mångsidiga möjligheterna för proteinteknik. I framtiden, vi skulle kunna tillverka liknande kompositer med lite olika byggstenar och uppnå en annan uppsättning egenskaper för andra applikationer. För närvarande, vi arbetar med att göra nya kompositmaterial som implantat, slagtåliga föremål och andra produkter, säger Pezhman.