Les ACS nanomatériaux appliqués La couverture illustre une nouvelle approche pour créer des films RSF riches en hélices basés sur des interactions moléculaires entre les molécules de protéines et les surfaces fonctionnalisées carboxyle d'une petite quantité de nanotubes de carbone ajoutés (CNT). Le chauffage local des NTC par irradiation micro-ondes (représenté ici en rouge brillant) conduit alors à la formation de conformations hélicoïdales dans les fibroines à proximité des NTC. Crédit :Randall McKenzie/McKenzie Illustrations
Les fibres de soie produites par Bombyx mori, le ver à soie domestique, a été prisé pendant des millénaires comme un matériau solide mais léger et luxueux. Bien que les polymères synthétiques comme le nylon et le polyester soient moins coûteux, ils ne se comparent pas aux qualités naturelles et aux propriétés mécaniques de la soie. Et selon les recherches de la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh, la soie associée aux nanotubes de carbone peut conduire à une nouvelle génération de dispositifs biomédicaux et dits transitoires, électronique biodégradable.
L'étude, "Promouvoir une structure riche en hélice dans les films de fibroïne de soie grâce à des interactions moléculaires avec des nanotubes de carbone et un chauffage sélectif pour des dispositifs biodégradables transparents", a fait la couverture du 26 octobre de la revue American Chemistry Society Nanomatériaux appliqués .
« La soie est une matière très intéressante. Elle est composée de fibres naturelles que les humains utilisent depuis des milliers d'années pour fabriquer des textiles de haute qualité, mais en tant qu'ingénieurs, nous avons récemment commencé à apprécier le potentiel de la soie pour de nombreuses applications émergentes telles que la bioélectronique flexible en raison de sa biocompatibilité unique, biodégradabilité et flexibilité mécanique, " a noté Mostafa Bedewy, professeur adjoint de génie industriel à la Swanson School et auteur principal de l'article. "Le problème est que si nous voulons utiliser de la soie pour de telles applications, nous ne voulons pas qu'il soit sous forme de fibres. Plutôt, nous voulons régénérer les protéines de la soie, appelées fibroines, sous la forme de films qui présentent l'optique souhaitée, propriétés mécaniques et chimiques."
Comme expliqué par les auteurs dans la vidéo ci-dessous, ces fibroines de soie régénérées (RSF) sont cependant généralement chimiquement instables dans l'eau et souffrent de propriétés mécaniques inférieures, en raison de la difficulté de contrôler avec précision la structure moléculaire des protéines de fibroïne dans les films RSF. Bedewy et son groupe NanoProduct Lab, qui travaillent aussi beaucoup sur les nanotubes de carbone (CNT), pensaient que les interactions moléculaires entre les nanotubes et les fibroines pourraient peut-être permettre de "régler" la structure des protéines RSF.
"L'un des aspects intéressants des CNT est que, lorsqu'ils sont dispersés dans une matrice polymère et exposés à un rayonnement micro-ondes, ils chauffent localement, " a expliqué le Dr Bedewy. " Nous nous sommes donc demandé si nous pouvions tirer parti de ce phénomène unique pour créer les transformations souhaitées dans la structure de la fibroïne autour des NTC dans un composite " RSF-CNT ".
Diagramme schématique illustrant les changements structurels du film composite RSF-CNT présentés pendant le traitement aux micro-ondes et à la vapeur. Crédit :Laboratoire de nanoproduits
Selon le Dr Bedewy, le rayonnement micro-ondes, couplé à un traitement de vapeur de solvant, a fourni un mécanisme de contrôle unique pour la structure de la protéine et a abouti à un film flexible et transparent comparable aux polymères synthétiques, mais qui pourrait être à la fois plus durable et dégradable. Ces films RSF-CNT ont un potentiel d'utilisation dans l'électronique flexible, les dispositifs biomédicaux et l'électronique transitoire tels que les capteurs qui seraient utilisés pendant une période souhaitée à l'intérieur du corps allant de quelques heures à plusieurs semaines, puis se dissoudre naturellement.
« Nous sommes ravis de faire avancer ce travail à l'avenir, comme nous sommes impatients de développer les aspects scientifiques et technologiques de ces matériaux fonctionnels uniques, " a déclaré le Dr Bedewy. " D'un point de vue scientifique, il reste encore beaucoup à comprendre sur les interactions moléculaires entre la fonctionnalisation sur les surfaces des nanotubes et les molécules de protéines. Du point de vue de l'ingénierie, nous voulons développer des processus de fabrication évolutifs pour prendre des cocons de soie naturelle et les transformer en films minces fonctionnels pour la prochaine génération d'appareils électroniques portables et implantables."
