Nya sätt för att göra konstgjord spindeltråd starkare
Forskare vid Karolinska Institutet har upptäckt att spindlar har ett speciellt knep för att göra sin spindeltråd stark. De använder en naturlig biokompatibel molekylär förstärkare. Genom att använda samma hemlighet kan forskarna skapa biomimetiska (naturhärmande) spindelsilkesfibrer på ett icke-toxiskt sätt.
Spindeltråd är känt för att vara ett starkt och miljövänligt material, medan konstgjord spindeltråd för närvarande ofta kommer till korta när det gäller dess mekaniska egenskaper.
En strategi för att öka den mekaniska styrkan hos konstgjorda spindeltrådsfibrer är genom att introducera amyloidbildande proteinsegment (fibrillära proteinsammansättningar) i spindeltrådsproteiner (spidroiner). Det är dock viktigt att notera att amyloidfibriller är giftiga i sig, t.ex. silkesnanofibriller från insektskokonger, som potentiellt kan orsaka olika sjukdomar.
Gefei Chen, senior forskare vid institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet och korresponderande författare av den nya studien, förklarar att i denna studie, så formar de molekylära förstärkarna (spacer-domäner) sig själva till amyloidliknande fibriller på sätt som verkar undvika bildandet av cytotoxiska ämnen. Genom att infoga denna platshållardomän i ett spindeltrådprotein underlättar man självformationen till silkesliknande fibrer, man ökar fibermolekylär homogenitet och man förbättrar fiberns mekaniska styrka markant.
Denna spacer-domän erbjuder därför ett nytt sätt att förbättra egenskaperna hos rekombinanta spindeltrådsliknande fibrer och forskarna hoppas kunna använda denna strategi på olika funktionella material för att förbättra deras mekaniska egenskaper.
Studien genomfördes som ett samarbete mellan forskare vid Karolinska Institutet, Soochow University (Kina) och Umeå universitet, med en blandning av metoder, däribland artificiell intelligens, matematiska modeller och en metod att spinna silke.