Onderzoekers van Tufts University hebben een methode ontwikkeld om materialen op zijdebasis te maken die niet aan water blijven kleven, of aan bijna alles wat water bevat. In feite heeft de gemodificeerde zijde, die in vormen zoals plastic kan worden gegoten of als een film op oppervlakken kan worden gecoat, antiaanbakeigenschappen die die van antiaanbakoppervlakken die gewoonlijk op kookgerei worden gebruikt overtreffen, en het zou toepassingen kunnen zien die zich uitstrekken tot een breed consumentenproducten en medicijnen.

Zijde is een natuurlijke vezel gesponnen door motten en wordt al duizenden jaren gebruikt om duurzame en fijne stoffen te maken - en chirurgische hechtingen om wonden te sluiten.

Meer recentelijk hebben wetenschappers geleerd om de vezels af te breken tot hun basiseiwitelement - zijde fibroïne - en dit te reconstitueren in gels, films, sponzen en andere vormen om alles te creëren, van implanteerbare orthopedische schroeven tot textielinkten die van kleur veranderen als reactie op het lichaam. scheikunde.

"Wat zijde zo'n uniek materiaal maakt, is dat het niet alleen een breed scala aan vormen en vormen kan aannemen, maar dat het ook gemakkelijk de eigenschappen ervan kan veranderen door de zijdefibroïne chemisch te modificeren", zegt Krishna Kumar, Robinson Professor of Chemistry bij Tufts.

"Als we orthopedische schroeven willen maken die met verschillende snelheden door het lichaam worden opgenomen met behulp van zijdefibroïne, passen we de chemie aan," zei hij. "Als we een bloedsensor willen maken die zuurstof of glucose of andere bloedcomponenten detecteert, passen we de chemie aan. In deze studie hebben we zijdefibroïne aangepast om water af te stoten, en we kunnen dit doen op een manier die 'afstemt' ' het materiaal min of meer waterafstotend te zijn."

Het voorschot werd gerapporteerd in het tijdschrift ChemBioChem

Om van zijde een waterafstotend materiaal te maken, werd het oppervlak van de zijdefibroïne bedekt met korte chemische ketens die koolstof en fluor bevatten, de zogenaamde perfluorkoolwaterstoffen. Deze ketens zijn zeer stabiel en reageren niet met andere chemicaliën, noch interageren ze met eiwitten en andere biologische chemicaliën in het lichaam.

Terwijl het natuurlijke oppervlak van het zijdeproteïne werkt als een magneet voor water, waarbij negatief en positief geladen takken op de zijde water aantrekken, laat een zijdeproteïne bedekt met perfluorkoolwaterstoffen weinig over voor het water om zich aan vast te grijpen.

Perfluorkoolstoffen weerstaan ​​zelfs aantrekking veroorzaakt door andere krachten die moleculen typisch samenbrengen. Het veranderen van het aantal en de lengte van perfluorkoolstofketens op het zijde-eiwit kan aanpassen hoe "unsticky" het zich gedraagt. Luke Davis, assistent-professor in de chemie, stelde het fluorgehalte vast dat nodig is op het oppervlak van zijde om anti-aanbakgedrag te vertonen.

De chemische synthese vindt plaats onder milde omstandigheden, dus in tegenstelling tot de productie van andere niet-klevende stoffen, kan het productieproces veiliger zijn, zowel voor de werknemers als voor het milieu. Veiligere productie en een hernieuwbare biologische materiaalbron vinkt twee vakjes aan voor duurzaamheid.

De Tufts-onderzoekers maten de anti-aanbakeigenschap door te observeren hoe water op het oppervlak van het materiaal parelt, zoals hoe water van een in de was gezette auto rolt. In feite, op non-stick zijde die tot staven is gevormd met het hoogste niveau van perfluorkoolstoffen, rolde het water op in druppels die nog strakker zijn afgerond dan op teflon.

Het is niet alleen water dat van de zijde met anti-aanbaklaag rolt, maar elke stof met water als hoofdbestanddeel, waaronder verschillende soorten voedsel, bloed, cellen en weefsels. Hoewel niet getest in dit onderzoek, is het bekend dat geperfluoreerde materialen ook oliën afstoten.

"Het aanpassen van medische apparaten om schadelijke interacties met water en andere biologische stoffen te voorkomen, heeft het potentieel om kracht en integriteit te behouden zolang ze nodig zijn", legt Julia Fountain uit, afgestudeerde student in het laboratorium van Kumar en co-auteur van het artikel. "Zijde is al relatief inert voor het immuunsysteem, dus het afstemmen van het vermogen om cellen of andere stoffen af ​​te stoten zou het nog nuttiger kunnen maken."

De voordelen van zeer non-stick oppervlakken gaan veel verder dan medische toepassingen. Hoewel er bezorgdheid bestaat over chemicaliën die in het lichaam worden geabsorbeerd door in de handel verkrijgbare antiaanbaklagen, kunnen op zijde gebaseerde antiaanbakoppervlakken een alternatieve optie bieden die kan worden onderzocht vanwege de relatieve veiligheid ervan.

Je kunt je ook autoruiten voorstellen waar regenwater er gewoon af rolt zonder ruitenwissers, coatings op metalen die roest helpen voorkomen, of op stoffen om ze gemakkelijker schoon te maken.

"Het succes dat we hadden met het aanpassen van zijde om water af te stoten, breidt onze successen uit met het chemisch modificeren van zijde voor andere functionaliteiten, zoals het vermogen om van kleur te veranderen, elektrische lading te geleiden of te blijven bestaan ​​​​of degraderen in een biologische omgeving", zegt David Kaplan, Stern Family Professor in de techniek bij Tufts. "Als eiwit leent zijde zich goed voor modulaire chemie - het vermogen om verschillende functionele componenten op een natuurlijke steiger te 'pluggen'." + Verder verkennen

Eigenschappen van spinzijde geanalyseerd voor gebruik als biogebaseerde vezels in de medische sector