家蠶Bombyx mori生產(chǎn)的絲綢纖維作為一種強(qiáng)勁而輕盈的奢華材料，已被珍貴數(shù)千年。盡管合成聚合物如尼龍和聚酯成本較低，但它們與絲綢的天然品質(zhì)和機(jī)械性能無(wú)法相比。根據(jù)匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的研究，絲綢與碳納米管相結(jié)合可能會(huì)產(chǎn)生新一代的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和所謂的瞬態(tài)可生物降解電子設(shè)備。

該研究“通過(guò)與碳納米管的分子相互作用促進(jìn)絲素蛋白膜中的螺旋結(jié)構(gòu)和透明生物降解裝置的選擇性加熱”在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊應(yīng)用納米材料的10月26日封面上發(fā)表。。

“絲綢是一種非常有趣的材料。它是由人類幾千年來(lái)使用的天然纖維制成的高品質(zhì)紡織品，但我們作為工程師最近開(kāi)始欣賞絲綢的許多新興應(yīng)用的潛力，如柔性生物電子學(xué)其獨(dú)特的生物相容性，生物降解性和機(jī)械靈活性，“Swanson學(xué)院工業(yè)工程助理教授，該論文的第一作者M(jìn)ostafa Bedewy指出。“問(wèn)題在于，如果我們想要將絲綢用于這種應(yīng)用，我們不希望它以纖維的形式出現(xiàn)。相反，我們希望以具有所需光學(xué)性能的薄膜形式再生絲蛋白，稱為絲心蛋白。 ，機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)。“

如下面視頻中的作者所解釋的，這些再生的絲纖蛋白(RSF)然而通常在水中化學(xué)不穩(wěn)定并且由于難以精確控制RSF膜中絲心蛋白的分子結(jié)構(gòu)而具有較差的機(jī)械性質(zhì)。Bedewy和他的NanoProduct實(shí)驗(yàn)室小組也廣泛研究碳納米管(CNTs)，認(rèn)為納米管和絲心蛋白之間的分子相互作用可能能夠“調(diào)整”RSF蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。

“碳納米管的一個(gè)有趣的方面是，當(dāng)它們分散在聚合物基質(zhì)中并暴露于微波輻射時(shí)，它們會(huì)局部升溫，”Bedewy博士解釋說(shuō)。“因此，我們想知道我們是否可以利用這種獨(dú)特的現(xiàn)象在”RSF-CNT“復(fù)合材料中在CNT周圍的絲心蛋白結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)變。”

根據(jù)Bedewy博士的說(shuō)法，微波輻射與溶劑蒸汽處理相結(jié)合，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了獨(dú)特的控制機(jī)制，并產(chǎn)生了與合成聚合物相當(dāng)?shù)娜犴g透明薄膜，但其可以更具可持續(xù)性和可降解性。這些RSF-CNT薄膜具有用于柔性電子設(shè)備，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和瞬態(tài)電子設(shè)備的潛力，例如傳感器，其可在體內(nèi)使用數(shù)小時(shí)至數(shù)周的所需時(shí)間，然后自然溶解。

“我們很高興在未來(lái)進(jìn)一步推進(jìn)這項(xiàng)工作，因?yàn)槲覀兤诖_(kāi)發(fā)這些獨(dú)特功能材料的科學(xué)和技術(shù)方面，”Bedewy博士說(shuō)。“從科學(xué)的角度來(lái)看，關(guān)于納米管表面和蛋白質(zhì)分子的功能化之間的分子相互作用還有很多東西需要了解。從工程的角度來(lái)看，我們希望開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的制造工藝，用于獲取天然蠶絲的繭并將其轉(zhuǎn)化為用于下一代可穿戴和植入式電子設(shè)備的功能性薄膜。“