Nano-rør til silkeorme baner vej for ny elektronik

Silkestof blev først udviklet i Kina, muligvis så tidligt som 6.000 f.Kr. i den vestlige tidsregning, og nu har kineserne taget et skridt videre i brugen af det eftertragtede og bløde stof.

Kinesiske forskere fra Tsinghua University har fundet en måde, hvormed silkefibrene både kan blive 50 procent mere robuste og samtidig lede elektricitet. Metoden åbner derfor for, at den nye type silke kan bruges til bionedbrydelige sensorer, medicinske implantater eller mere miljøvenlig kropsbåren elektronik.

To kunstigt skabte materialer danner baggrund for den forstærkede silke. Dels kulstof-nanorør, som er cylindriske strukturer, baseret på fullerenernes opbygning, bemærkelsesværdigt stærke og strømledende. Dels grafen, det atomtynde lag af kulstofatomer, som har en meget høj brudstyrke og stivhed. Og silken i sig selv er fibre, som danner trådene omkring pupperne af silkesommerfuglen, som lever af blade.

Læs også: Fremtidens bio-sensor: En nano-antenne af silke og guld

Yingying Zhang og hendes kolleger fra Tsinghua University sprayede enten grafen eller kulstof-nanorør på bladene. Laget svarede til 0,2 procent af bladenes vægt. Ligesom ved normal silkeproduktion indsamlede de kinesiske forskere de naturligt skabte fibre, når silkesommerfugleormene havde ædt bladene og skabt en puppe.

'Noget af nanomaterialerne blev inkorporeret i silkefibrene, mens andet endte i silkeormenes afføring,' konstaterer Yingying Zhang i deres studie publiceret i NanoLetters.

Forskerne kunne også blot have opløst silkefibrene i en kemisk væske med nanomaterialerne. Men denne metode ville både være mere kompliceret og ifølge forskerne heller ikke ligeså miljømæssigt forsvarligt som deres metode med at spraye grafen eller kulstofnanorør på bladene.

Ved nærmere undersøgelser opdagede forskerne, at de ændrede silkefibre kunne modstå 50 procent højere stress, før de knækker. Forskerholdet opvarmede også silkefibrene til 1.050 grader for at forkulle silkeproteinet og herefter studere dets struktur og elektricitetsledende egenskab. Her viste billederne med elektronmikroskopi, at de kulstof-forstærkede silkefibre havde en mere velordnet krystallisk struktur takket være de inkorporerede nanomaterialer.

Forsøget efterlader en masse ubesvarede spørgsmål. Det er velkendt, at silkeormene skaber silkefibrene ved et silkeprotein i deres spytkirtler, men præcist hvordan de så lader nanomaterialerne indgå i silken, aner forskerne ikke. Ej heller hvor stor en procentdel af de spiste nanomaterialer, som rent faktisk indgår i silken eller afføringen.

Læs også: De vigtigste beviser for nanorørenes farlighed

I Kina vækker studiet begejstring.

»Det er en nem måde at producere robuste silkefibre i en større skala. Den strømledende egenskab i det kulstofforstærkede sike gør det måske velegnet til sensorer i smarte tekstiler og til at læse nervesignaler,« spår Yaopeng Zhang fra Donghua University[ over for Chemical & Engineering News.

Han har tidligere fodret silkeorme med titanium dioxid-nanopartikler i håbet om at skabe en superstærk silke, der er modstandsdygtig over for ultraviolet nedbrydning, hvilket er et problem for blandede tekstiler, der skal beholde form og farve, selvom de bliver udsat for sollys.