Mogelijk zijn de sterkste hybride zijdevezels tot nu toe gemaakt door wetenschappers in Zweden met behulp van volledig hernieuwbare bronnen. Combinatie van spinzijdeproteïnen met nanocellulose uit hout, het proces biedt een goedkope en schaalbare manier om bioactieve materialen te maken voor een breed scala aan medische toepassingen.

Gepubliceerd in ACS Nano door onderzoekers van KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, de techniek brengt de structurele en mechanische prestaties van goedkope cellulose-nanofibrillen samen met de geneeskrachtige eigenschappen van spinrag, die moeilijk en duur is om op grote schaal te fabriceren.

De bioactieve eigenschappen van spinnenzijde zijn al eeuwen bekend. In het oude Rome, spinnenwebben werden gebruikt om de gevechtswonden van soldaten te kleden. Maar het produceren van grootschalige hoeveelheden spinzijdemateriaal is tegenwoordig een duur proces dat vaak afhankelijk is van fossiele bronnen.

KTH-onderzoeker My Hedhammar zegt dat in vergelijking, op hout gebaseerde nanocellulose is goedkoop en duurzaam. Verder, de techniek om het te combineren met slechts kleine hoeveelheden spinnenzijde-eiwit levert een biofunctioneel materiaal op dat kan worden gebruikt voor medische doeleinden zoals het bevorderen van celgroei.

"De sterkte van de vezel is aanzienlijk beter dan welke door de mens gemaakte, materiaal op basis van zijde, voor zover wij weten, en op hetzelfde niveau als wat er in de natuur te vinden is van spinnen, " zegt Daniel Söderberg, een onderzoeker bij het Wallenberg Wood Science Center aan de KTH.

Vandaag, cellulose-nanofibrillen verkregen uit bomen krijgen wetenschappelijke en commerciële aandacht, niet alleen omdat ze hernieuwbaar zijn, biologisch afbreekbaar, vrijwel niet-toxisch en beschikbaar in grote volumes, maar ze bieden ook uitstekende mechanische eigenschappen.

Söderberg zegt dat het gefabriceerde filamentmateriaal mogelijk kan worden gebruikt als bouwsteen voor ligamenten, bijvoorbeeld.

Om het materiaal te maken, de onderzoekers gebruiken zogenaamde recombinante zijde-eiwitten. In plaats van een spin als gastheer te gebruiken, de onderzoekers nemen het gen dat codeert voor het zijde-eiwit en combineren het met een gen dat codeert voor een bepaalde gewenste functie, zoals celbinding, zegt Hedhammar. "We brengen dit fusiegen over naar een eenvoudig, gemakkelijk gekweekte laboratoriumbacteriën, die vervolgens de gefunctionaliseerde zijde-eiwitten produceert die in het laboratorium kunnen worden gezuiverd, " ze zegt.

"Spin-zijdefusie-eiwitten worden vervolgens toegevoegd aan de gedispergeerde cellulose-nanofibrillen, en dankzij de gunstige interacties tussen de twee componenten, een composietmateriaal kan worden geproduceerd."

Söderberg zegt dat de techniek hydrodynamica gebruikt om de interne structuur van de vezels op micro- en nanoschaal uit te lijnen. "Als de nanocellulose is uitgelijnd in het macroscopische materiaal, we kunnen hoge prestaties bereiken, " hij zegt.