Forskare vid Tufts University har utvecklat en metod för att göra silkesbaserade material som vägrar att fastna på vatten, eller nästan allt annat som innehåller vatten för den delen. Faktum är att det modifierade sidenet, som kan formas till former som plast, eller beläggas på ytor som en film, har non-stick-egenskaper som överträffar de för nonstick-ytor som vanligtvis används på kokkärl, och det kan se applikationer som sträcker sig till en bred utbud av konsumentprodukter, samt medicin.

Silke är en naturfiber spunnen av nattfjärilar och har använts i tusentals år för att göra hållbara och fina tyger – och kirurgiska suturer för att stänga sår.

På senare tid har forskare lärt sig att bryta ner fibrerna till deras grundläggande proteinelement - silkesfibroin - och rekonstituera det till geler, filmer, svampar och andra former för att skapa allt från implanterbara ortopediska skruvar till textilfärger som ändrar färg som svar på kroppen kemi.

"Det som gör silke till ett så unikt material är att det inte bara kan anta ett brett spektrum av former och former, utan man kan enkelt ändra dess egenskaper genom att kemiskt modifiera silkesfibroinet", säger Krishna Kumar, Robinsonprofessor i kemi vid Tufts.

"Om vi ​​vill göra ortopediska skruvar som absorberas av kroppen i olika takt med silkesfibroin, ändrar vi kemin," sa han. "Om vi ​​vill skapa en blodsensor som upptäcker syre, eller glukos eller andra blodkomponenter, modifierar vi kemin. I den här studien modifierade vi silkesfibroin för att stöta bort vatten, och vi kan göra det på ett sätt som kan "stämma ' materialet ska vara mer eller mindre vattenavvisande."

Förskottet rapporterades i tidskriften ChemBioChem

Att förvandla silke till ett vattenavvisande material innebar att silkesfibroinets yta täcktes med korta kemiska kedjor innehållande kol och fluor, så kallade perfluorkolväten. Dessa kedjor är mycket stabila och reagerar inte med andra kemikalier och inte heller interagerar de med proteiner och andra biologiska kemikalier i kroppen.

Medan den naturliga ytan på sidenproteinet fungerar som en magnet för vatten, med negativt och positivt laddade grenar på siden som drar till sig vatten, lämnar ett sidenprotein täckt med perfluorkolväten inte mycket för vattnet att ta tag i.

Perfluorkolväten motstår till och med attraktion orsakad av andra krafter som vanligtvis sammanför molekyler. Att ändra antalet och längden på perfluorkolkedjor på sidenproteinet kan justera hur "oklibbigt" det beter sig. Luke Davis, biträdande professor i kemi, fastställde nivån av fluor som krävs på ytan av siden för att uppvisa nonstick-beteende.

Den kemiska syntesen görs under milda förhållanden, så till skillnad från produktionen av andra non-stick-ämnen kan tillverkningsprocessen vara säkrare, både för arbetare och miljön. Säkrare tillverkning och en förnybar biologisk källa till material markerar två rutor för hållbarhet.

Tufts-forskarna mätte nonstick-egenskapen genom att observera hur vatten pärlor upp sig på ytan av materialet - som hur vatten rullar av en vaxad bil. Faktum är att på nonstick silke gjutet till stänger med den högsta nivån av perfluorkolväten, rullade vattnet upp till droppar som är avrundade ännu tätare än de gör på teflon.

Det är inte bara vatten som rullar av nonstick siden, utan alla ämnen som har vatten som en viktig komponent, vilket kan inkludera olika livsmedel, blod, celler och vävnader. Även om de inte testats i denna studie är perfluorerade material kända för att stöta bort oljor också.

"Att modifiera medicinsk utrustning för att förhindra skadliga interaktioner med vatten och andra biologiska ämnen har potentialen att bevara styrka och integritet så länge de behövs", förklarade Julia Fountain, doktorand i Kumars labb och medförfattare till uppsatsen. "Silke är redan relativt inert mot immunsystemet, så att justera dess förmåga att stöta bort celler eller andra ämnen kan göra det ännu mer användbart."

Fördelarna med ytor som inte klibbar ut går långt utöver medicinska tillämpningar. Även om det finns oro för kemikalier som absorberas i kroppen från kommersiellt tillgängliga nonstick-beläggningar, kan silkesbaserade non-stick-ytor erbjuda ett alternativt alternativ som kan utforskas för dess relativa säkerhet.

Man skulle också kunna tänka sig bilvindrutor där regnvatten bara rullar av utan att använda torkare, beläggningar på metaller som hjälper till att förhindra rost, eller på tyger för att göra dem lättare att rengöra.

"Framgången vi hade med att modifiera silke för att stöta bort vatten utökar våra framgångar med att kemiskt modifiera silke för andra funktioner - som förmågan att ändra färg, leda elektrisk laddning eller bestå eller brytas ned i en biologisk miljö", säger David Kaplan, Stern Family Professor i teknik vid Tufts. "Som ett protein lämpar sig silke väl för modulär kemi - förmågan att "ansluta" olika funktionella komponenter på en naturlig ställning." + Utforska vidare

Spindelsilkeegenskaper analyserade för användning som biobaserade fibrer inom det medicinska området