Ingenjörer från Tufts University har skapat ett nytt format för fasta ämnen tillverkade av sidenprotein som kan förprogrammeras med biologiska, kemisk, eller optiska funktioner, såsom mekaniska komponenter som ändrar färg med belastning, leverera droger, eller svara på ljus, enligt ett papper publicerat online denna vecka i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ).

Med hjälp av en vattenbaserad tillverkningsmetod baserad på självmontering av proteiner, forskarna genererade tredimensionella bulkmaterial av silkesfibroin, proteinet som ger silke dess hållbarhet. Sedan manipulerade de bulkmaterialen med vattenlösliga molekyler för att skapa flera fasta former, från nano- till mikroskalan, som har inbäddat, fördesignade funktioner.

Till exempel, forskarna skapade ett kirurgiskt stift som ändrar färg när det närmar sig sina mekaniska gränser och är på väg att misslyckas, funktionella skruvar som kan värmas vid behov som svar på infrarött ljus, och en biokompatibel komponent som möjliggör långvarig frisättning av bioaktiva medel, såsom enzymer.

Även om mer forskning behövs, ytterligare applikationer kan inkludera nya mekaniska komponenter för ortopedi som kan inbäddas med tillväxtfaktorer eller enzymer, en kirurgisk skruv som ändrar färg när den når sina vridmomentgränser, hårdvara som muttrar och bultar som känner av och rapporterar om miljöförhållandena i sin omgivning, eller hushållsartiklar som kan bytas om eller formas om.

Silks unika kristallina struktur gör det till ett av naturens tuffaste material. Fibron, ett olösligt protein som finns i siden, har en anmärkningsvärd förmåga att skydda andra material samtidigt som de är helt biokompatibla och biologiskt nedbrytbara.

"Möjligheten att bädda in funktionella element i biopolymerer, kontrollera sin självmontering, och ändra deras ultimata form skapar betydande möjligheter för bioinspirerad tillverkning av högpresterande multifunktionella material, " sa senior och motsvarande studieförfattare Fiorenzo G. Omenetto, Ph.D. Omenetto är Frank C. Doble -professor vid Institutionen för biomedicinsk teknik vid Tufts University's School of Engineering och har också en tid på Institutionen för fysik vid Institutionen för konst och vetenskap.