Silkesfibrerna som produceras av Bombyx mori, den inhemska silkesmasken, har prisats i årtusenden som ett starkt men ändå lätt och lyxigt material. Även om syntetiska polymerer som nylon och polyester är billigare, de kan inte jämföras med sidens naturliga egenskaper och mekaniska egenskaper. Och enligt forskning från University of Pittsburghs Swanson School of Engineering, silke i kombination med kolnanorör kan leda till en ny generation av biomedicinska apparater och så kallade transienta, biologiskt nedbrytbar elektronik.

Studien, "Främja helixrik struktur i silkesfibroinfilmer genom molekylära interaktioner med kolnanorör och selektiv uppvärmning för transparenta biologiskt nedbrytbara enheter", var med på omslaget den 26 oktober till tidskriften American Chemistry Society Tillämpade nanomaterial .

"Silke är ett mycket intressant material. Det är gjort av naturliga fibrer som människor har använt i tusentals år för att göra högkvalitativa textilier, men vi som ingenjörer har nyligen börjat uppskatta sidens potential för många nya applikationer som flexibel bioelektronik på grund av dess unika biokompatibilitet, biologisk nedbrytbarhet och mekanisk flexibilitet, " noterade Mostafa Bedewy, biträdande professor i industriteknik vid Swanson School och huvudförfattare till tidningen. "Frågan är att om vi vill använda siden för sådana applikationer, vi vill inte att det ska vara i form av fibrer. Snarare, vi vill regenerera sidenproteiner, kallas fibroiner, i form av filmer som uppvisar önskad optik, mekaniska och kemiska egenskaper."

Som förklaras av författarna i videon nedan, dessa regenererade silkesfibroiner (RSF) är dock vanligtvis kemiskt instabila i vatten och lider av sämre mekaniska egenskaper, på grund av svårigheten att exakt kontrollera den molekylära strukturen hos fibroinproteinerna i RSF-filmer. Bedewy och hans NanoProduct Lab-grupp, som också arbetar mycket på kolnanorör (CNT), trodde att de molekylära interaktionerna mellan nanorör och fibroiner kanske skulle kunna göra det möjligt att "justera" strukturen hos RSF-proteiner.

"En av de intressanta aspekterna av CNT är att, när de är dispergerade i en polymermatris och utsätts för mikrovågsstrålning, de värms upp lokalt, "Dr. Bedewy förklarade. "Så vi undrade om vi kunde utnyttja detta unika fenomen för att skapa önskade transformationer i fibroinstrukturen runt CNT i en "RSF-CNT"-komposit."

Enligt Dr. Bedewy, mikrovågsstrålningen, i kombination med en lösningsmedelsångbehandling, gav en unik kontrollmekanism för proteinstrukturen och resulterade i en flexibel och transparent film jämförbar med syntetiska polymerer men en som kunde vara både mer hållbar och nedbrytbar. Dessa RSF-CNT-filmer har potential att användas i flexibel elektronik, biomedicinska apparater och transientelektronik såsom sensorer som skulle användas under en önskad period inuti kroppen från timmar till veckor, och sedan naturligt lösas upp.

"Vi är glada över att utveckla detta arbete ytterligare i framtiden, eftersom vi ser fram emot att utveckla de vetenskapliga och tekniska aspekterna av dessa unika funktionella material, " sa Dr. Bedewy. " Ur ett vetenskapligt perspektiv, det finns fortfarande mycket mer att förstå om de molekylära interaktionerna mellan funktionaliseringen på nanorörsytor och proteinmolekyler. Ur ett ingenjörsperspektiv, vi vill utveckla skalbara tillverkningsprocesser för att ta kokonger av naturligt siden och omvandla dem till funktionella tunna filmer för nästa generations bärbara och implanterbara elektroniska enheter."