Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Yingying Zhang (Fakultät für Chemie, Tsinghua-Universität) entwickelte ein Schema, bei dem Seidenraupen verwendet werden, um starke, zähe Seide zu produzieren, indem sie mit seltenerdionenmodifizierten Diäten gefüttert werden. Durch die Fütterung können die Seltenerdionen in Seidenfibroin eingebaut werden. Und die eingebauten Ionen sind in der Lage, Ionen-Dipol- und Kation-π-Wechselwirkungen mit Seidenfibroin zu bilden. Diese Wechselwirkungen versprechen, die Strukturen der Seide so anzupassen, dass ihre mechanische Leistung verbessert wird.
Die Spektrenanalyse bestätigte den erfolgreichen Einbau von Seltenerdionen in Seidenfasern und deren chemische Wechselwirkungen. Morphologische und strukturelle Analysen zeigten, dass Seltenerdionen den Durchmesser von Seidenraupenseidenfasern verringerten und gleichzeitig den Gehalt an amorphen Komponenten und die kristalline Ausrichtung erhöhten.
Diese chemischen Wechselwirkungen und strukturellen Entwicklungen trugen zur mechanischen Verbesserung der Seidenfasern bei. Die Durchschnittswerte für Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Zähigkeit erreichten 0,85 ± 0,07 GPa, 18,0 ± 1,5 GPa bzw. 156 ± 13 MJ m−3, und die Maximalwerte erreichten 0,97 ± 0,04 GPa, 19,0 ± 1,5 GPa und 188 ± 19 MJ m−3. Die umfassende mechanische Leistung dieser Seide ist vergleichbar mit der von Spinnenschleppleinenseide und übertrifft die von Seide, die mit anderen Funktionsmaterialien modifiziert wurde.
Diese Arbeit bietet eine einfache, effiziente und skalierbare Strategie zur Herstellung superstarker und robuster Seidenraupenseidenfasern. Und die so gewonnenen Seidenfasern sind potenzielle Kandidaten für medizinische Behandlungen, Luft- und Raumfahrt- und Sportanwendungen.
Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftsbulletin.
Mehr Informationen:
Haojie Lu et al., Sehr starke und zähe Seide durch Fütterung von Seidenraupen mit seltenerdionenmodifizierter Nahrung, Wissenschaftsbulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.09.032