Orvosi eszközök, implantátumok készítésére is alkalmas lehet a pókselyem-alapú új bioanyag

A szilárdság és a nyújthatóság elérése eddig nagy kihívást jelentett az anyaggyártásban: a szilárdság növelése azt jelentette, hogy az adott anyag elveszíti nyújthatóságát, rugalmasságát és fordítva. Most az Aalto Egyetem és a VTT Technikai Kutatóközpont finn tudósainak sikerült leküzdeniük ezt a problémát. Cellulózszálakat ötvöztek pókselyem-fehérjével. 

A kutatók valóban új, bioalapú anyagot hoztak létre a cellulózrostok és a pókháló szálakban található selyemfehérje összevonásával. Az eredmény egy nagyon erős és rugalmas anyag, amely a jövőben felhasználható bioalapú kompozitok részeként, orvosi eljárások során implantátumokban, sebészeti fonalakban, a textiliparban és a csomagolás-technológiában is. Az új anyag könnyen lebomlik, igen ruganyos, mégis az acél erejével vetekszik.

Az Aalto Egyetem professzora, Markus Linder szerint a természet nagyszerű összetevőket kínált az innovációhoz:

“Kutatóinknak reprodukálnia kellett a természetes anyagok legelőnyösebb tulajdonságait “ – mondta el  a Science Daily-nek Linder, a projekt vezetője. “Nyírfa rostanyagot használtunk, amiből cellulóz nanofibrillumokat vontunk ki, ezt kombináltuk pókselyem-fehérjével” – tette hozzá Pezman Mohammadi a VTT kutatója.

A selyem egy természetes fehérje, amelyet az állatok, például a selyemhernyók választanak ki, és a pókháló szálaiban is megtalálható. A pókok által kibocsátott szálak szakítóereje a fajtától függ, de emellett a legerősebb az a szál, amelyen maga a pók függeszkedik. Ehhez jelentős mértékű nyújthatóság járul. A legerősebb pókselymek fajlagos tömege 1,3 g/cm3, szakítószilárdsága rendkívül nagy, szakadási nyúlása 33 százalék.

A példa kedvéért: az acélhuzal szakítószilárdsága  valamivel nagyobb a pókselyeménél, de fajlagos tömege már  jóval nagyobb. Ezért azt mondhatjuk, hogy a pókselyem tömegéhez viszonyítva erősebb ezeknél az anyagoknál, hővezető képessége felülmúlja a rézét.

Az Aalto Egyetem kutatói által használt pókselyem azonban nem a pókhálóból származik, hanem baktériumok felhasználásával állítják elő. “Mivel ismerjük a DNS szerkezetét, azt lemásolhatjuk és felhasználhatjuk olyan selyemfehérje-molekulák előállításához, amelyek kémiailag hasonlóak a pókháló szálakhoz. A DNS-ben minden ilyen információ megtalálható” – magyarázza Linder.

A pókselyem előállítására tett kísérlet egyébként nem új keletű, már az ókorban is foglalkoztatta a természettudósokat. A német AMSilk GmbH cégnek sikerült először baktériumok segítségével előállítania a szpidroint, a pókselyem fő proteinjét, és ezt pókselyemmé átalakítania. A kísérletek 2011-ben kezdődtek, 2013-ban készültek el az első, a selyemhez hasonlóan folytonos szálak, melynek szakítószilárdsága, rugalmassága, szívóssága a természetes pókselyeméhez hasonló. Idén szlovén és amerikai tudósok a Darwin kéregpók hálójának (amely a világ legerősebb pókhálója) tanulmányozása során találtak egy olyan ismeretlen fehérjét, amely a háló fő alkotóelemét jelenti.

“Munkánk a fehérjetermelés- és felhasználás új és sokoldalú lehetőségeit szemlélteti. Jelenleg új kompozit anyagok gyártásán dolgozunk, mint például az implantátumok”- mondja Pezhman.

A kutatási projektről bővebben itt olvashatunk:  https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaaw2541

Fotók: Unsplash