De kanske starkaste hybridsilkesfibrerna hittills har skapats av forskare i Sverige med helt förnybara resurser. Kombinera spindelsilkeproteiner med nanocellulosa från trä, processen erbjuder ett billigt och skalbart sätt att tillverka bioaktiva material för ett brett spektrum av medicinska användningar.

Publicerad i ACS Nano av forskare från Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, Tekniken sammanför den strukturella och mekaniska prestandan hos billiga cellulosananofibriller med de medicinska egenskaperna hos spindelsilke, som är svår och dyr att tillverka i stor skala.

De bioaktiva egenskaperna hos spindelsilke har varit kända i århundraden. I det antika Rom, spindelnät användes för att klä soldaternas stridssår. Men att producera storskaliga mängder spindelsilkematerial idag är en dyr process som ofta är beroende av fossilbaserade källor.

KTH-forskaren My Hedhammar säger att som jämförelse, träbaserad nanocellulosa är billigt och hållbart. Vidare, Tekniken att kombinera det med endast små mängder spindelsilkeprotein ger ett biofunktionellt material som kan användas för sådana medicinska ändamål som att främja celltillväxt.

"Fiberns styrka är betydligt bättre än någon konstgjord, silkesbaserat material såvitt vi vet, och på samma nivå som vad som kan hittas i naturen från spindlar, säger Daniel Söderberg, forskare vid Wallenberg Wood Science Center vid KTH.

I dag, cellulosa nanofibriller erhållna från träd får vetenskaplig och kommersiell uppmärksamhet inte bara för att de är förnybara, biologiskt nedbrytbar, praktiskt taget giftfri och tillgänglig i stora volymer, men de erbjuder också enastående mekaniska egenskaper.

Söderberg säger att det tillverkade filamentmaterialet potentiellt skulle kunna användas som byggsten för ligament, till exempel.

För att göra materialet, forskarna använder så kallade rekombinanta sidenproteiner. Istället för att använda en spindel som värd, forskarna tar genen som kodar för silkesproteinet och kombinerar den med en gen som kodar för någon önskad funktion, som cellbindning, säger Hedhammar. "Vi överför denna fusionsgen till en enkel, lättodlade labbbakterier, som sedan producerar de funktionaliserade sidenproteinerna som kan renas i labbet, " hon säger.

"Spider silk fusion proteiner tillsätts sedan till de dispergerade cellulosananofibrillerna, och tack vare den gynnsamma interaktionen mellan de två komponenterna, ett kompositmaterial kan framställas."

Söderberg säger att tekniken använder hydrodynamik för att anpassa fibrernas inre struktur på mikro- och nanoskala. "När nanocellulosan är inriktad i det makroskopiska materialet, vi kan uppnå hög prestanda, " han säger.