Ingenieurs van Tufts University hebben een nieuw formaat van vaste stoffen gemaakt van zijde-eiwit dat kan worden voorgeprogrammeerd met biologische, chemisch, of optische functies, zoals mechanische onderdelen die van kleur veranderen bij belasting, medicijnen afleveren, of reageren op licht, volgens een artikel dat deze week online is gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Met behulp van een op water gebaseerde fabricagemethode op basis van zelfassemblage van eiwitten, de onderzoekers genereerden driedimensionale bulkmaterialen uit zijdefibroïne, het eiwit dat zijde zijn duurzaamheid geeft. Vervolgens manipuleerden ze de bulkmaterialen met in water oplosbare moleculen om meerdere vaste vormen te creëren, van nano- tot microschaal, die zijn ingebed, vooraf ontworpen functies.

Bijvoorbeeld, de onderzoekers creëerden een chirurgische pin die van kleur verandert naarmate hij zijn mechanische limiet nadert en op het punt staat te falen, functionele schroeven die naar behoefte kunnen worden verwarmd als reactie op infrarood licht, en een biocompatibele component die de aanhoudende afgifte van bioactieve stoffen mogelijk maakt, zoals enzymen.

Hoewel er meer onderzoek nodig is, aanvullende toepassingen kunnen nieuwe mechanische componenten voor orthopedie zijn die kunnen worden ingebed met groeifactoren of enzymen, een chirurgische schroef die van kleur verandert als hij zijn torsielimiet bereikt, hardware zoals bouten en moeren die de omgevingscondities van hun omgeving detecteren en erover rapporteren, of huishoudelijke artikelen die kunnen worden omgevormd of opnieuw gevormd.

De unieke kristalstructuur van zijde maakt het een van de taaiste materialen van de natuur. Fibroin, een onoplosbaar eiwit dat voorkomt in zijde, heeft een opmerkelijk vermogen om andere materialen te beschermen terwijl het volledig biocompatibel en biologisch afbreekbaar is.

"Het vermogen om functionele elementen in biopolymeren in te bedden, controle over hun zelfassemblage, en hun uiteindelijke vorm wijzigen, creëert aanzienlijke kansen voor bio-geïnspireerde fabricage van hoogwaardige multifunctionele materialen, " zei senior en corresponderende studie auteur Fiorenzo G. Omenetto, doctoraat Omenetto is de Frank C. Doble Professor in de afdeling Biomedical Engineering aan de Tufts University's School of Engineering en heeft ook een aanstelling bij de afdeling Natuurkunde van de School of Arts and Sciences.