De zijdevezels geproduceerd door Bombyx mori, de binnenlandse zijderups, wordt al millennia geprezen als een sterk maar lichtgewicht en luxueus materiaal. Hoewel synthetische polymeren zoals nylon en polyester minder duur zijn, ze zijn niet te vergelijken met de natuurlijke eigenschappen en mechanische eigenschappen van zijde. En volgens onderzoek van de University of Pittsburgh's Swanson School of Engineering, zijde in combinatie met koolstofnanobuisjes kan leiden tot een nieuwe generatie biomedische apparaten en zogenaamde tijdelijke, biologisch afbreekbare elektronica.

De studie, "Bevordering van helix-rijke structuur in Silk Fibroin Films door middel van moleculaire interacties met koolstof nanobuisjes en selectieve verwarming voor transparante biologisch afbreekbare apparaten", stond op de omslag van 26 oktober van het tijdschrift American Chemistry Society Toegepaste nanomaterialen .

"Zijde is een zeer interessant materiaal. Het is gemaakt van natuurlijke vezels die mensen al duizenden jaren gebruiken om textiel van hoge kwaliteit te maken, maar wij als ingenieurs zijn onlangs begonnen met het waarderen van het potentieel van zijde voor veel opkomende toepassingen zoals flexibele bio-elektronica vanwege de unieke biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid en mechanische flexibiliteit, " merkte Mostafa Bedewy op, assistent-professor industriële techniek aan de Swanson School en hoofdauteur van het artikel. "Het probleem is dat als we zijde voor dergelijke toepassingen willen gebruiken, we willen niet dat het in de vorm van vezels is. Liever, we willen zijde-eiwitten regenereren, genaamd fibroins, in de vorm van films die de gewenste optische, mechanische en chemische eigenschappen."

Zoals uitgelegd door de auteurs in de onderstaande video, deze geregenereerde zijde fibroins (RSF's) zijn echter typisch chemisch onstabiel in water en lijden aan inferieure mechanische eigenschappen, vanwege de moeilijkheid om de moleculaire structuur van de fibroïne-eiwitten in RSF-films nauwkeurig te regelen. Bedewy en zijn NanoProduct Lab-groep, die ook uitgebreid werken aan koolstofnanobuisjes (CNT's), dacht dat de moleculaire interacties tussen nanobuisjes en fibroins misschien de structuur van RSF-eiwitten zouden kunnen "afstemmen".

"Een van de interessante aspecten van CNT's is dat, wanneer ze zijn gedispergeerd in een polymeermatrix en worden blootgesteld aan microgolfstraling, ze warmen plaatselijk op, " Dr. Bedewy legde uit. "Dus vroegen we ons af of we dit unieke fenomeen konden gebruiken om gewenste transformaties in de fibroïnestructuur rond de CNT's in een "RSF-CNT" composiet te creëren."

Volgens Dr. Bedewy, de microgolfstraling, in combinatie met een oplosmiddeldampbehandeling, zorgde voor een uniek controlemechanisme voor de eiwitstructuur en resulteerde in een flexibele en transparante film die vergelijkbaar is met synthetische polymeren, maar die zowel duurzamer als afbreekbaarder zou kunnen zijn. Deze RSF-CNT-films hebben potentieel voor gebruik in flexibele elektronica, biomedische apparaten en tijdelijke elektronica zoals sensoren die gedurende een gewenste periode in het lichaam worden gebruikt, variërend van uren tot weken, en dan vanzelf oplossen.

"We zijn verheugd om dit werk in de toekomst verder te ontwikkelen, aangezien we uitkijken naar de ontwikkeling van de wetenschappelijke en technologische aspecten van deze unieke functionele materialen, "Zei Dr. Bedewy. "Vanuit een wetenschappelijk perspectief, er is nog veel meer te begrijpen over de moleculaire interacties tussen de functionalisering op nanobuisoppervlakken en eiwitmoleculen. Vanuit een technisch perspectief, we willen schaalbare productieprocessen ontwikkelen om cocons van natuurlijke zijde te nemen en deze om te zetten in functionele dunne films voor draagbare en implanteerbare elektronische apparaten van de volgende generatie."