Dr. Ben Allardyce och doktoranden Martin Zaki från Deakins Institute for Frontier Materials (IFM) har levererat en världsnyhet inom nästa generations materialforskning. Silkesmaskens silke är en proteinbaserad fiber med mekaniska egenskaper som konkurrerar med syntetiska fibrer som framställs av petroleum, men som snurras med en bråkdel av energin. Trots årtionden av forskning är aspekter av naturlig silkesmaskspinning fortfarande ett mysterium.
IFM:s upptäckt, som publiceras i Advanced Materials, tar forskarna ett steg närmare lösningen på detta mysterium genom att våtspinna en ny klass av silke som producerar fibrer som överträffar naturligt silke.
Forskningen, som leds av Dr. Allardyce och Mr. Zaki, med experthjälp från professor Chris Holland vid Sheffield University, innebär att man undviker degumminering – en vanlig industriell process – och experimenterar med att lösa upp hela silkesfibrer.
Med hjälp av denna nya teknik kunde teamet producera en spinnbar lösning som bättre imiterar silke som det produceras av silkesmasken. Lösningen våtspanns i IFM:s toppmoderna pilotfiber- och textilanläggning för att få fram fibrer som mer liknar naturligt silke.
Enligt IFM:s Deputy Director Joe Razal är teamets upptäckt en världsnyhet och visar hur IFM:s forskare skapar nya hållbara material som kan användas och påverka den verkliga världen.
”Ben och Martin utmanade normen genom att skapa silkesfibrer i laboratoriemiljö”, säger professor Razal. ”De våtspunna en cocktail av solubiliserade, icke-separerade silkeskomponenter som efterliknar de egenskaper som produceras i naturen.”
”Teamet identifierade ett sätt att återskapa den fiber som produceras av silkesmasken och frigöra potentialen för att den ska vara lika biologiskt nedbrytbar, tålig och energieffektiv. Faktum är att när man spinner under identiska förhållanden producerar de oavgummifierade lösningarna fibrer som är åtta gånger starkare och 218 gånger segare än de avgummifierade silkesråvarorna.”
Avgummifierat jämfört med avgummifierat silke
”Traditionellt har industrin använt degumming för att lösa upp silkesmaskens kokong för att producera sina fibrer. Det används också ofta av forskare för att underlätta ”avspinning” av silke tillbaka till en lösning som sedan kan stelna till nya former”, säger professor Holland.
”Att ta bort en nyckelkomponent i det naturliga materialet, sericingummit, medför dock ofta indirekta skador på silkesproteinerna, och därför betraktas det ofta som ett nödvändigt ont.”
Zaki förklarar att teamet ville producera bättre material och samtidigt förstå hur.
”Vi tog ett steg tillbaka och frågade oss: Varför har ingen försökt sig på det här? Är det för att det är för svårt, eller för att alla använder sig av silkesavkokning och ingen har funderat på att göra något annorlunda? Inom industrin kommer den största delen av vattenavfallet, arbetsinsatsen och energiförbrukningen vanligtvis från avfettningsprocessen. Genom att hoppa över detta steg ökar vi potentialen för en mer hållbar teknik.”
”Kokonger som inte är degummierade är normalt olösliga”, tillägger Dr. Allardyce. ”Vår innovativa process kombinerar ett malningssteg följt av ett övermättat lösningsmedel som möjliggör upplösning. Ingen har tidigare försökt att på konstgjord väg spinna ogummifierat silke. Och ingen har någonsin lyckats lösa upp ogummifierade kokonger och återspunnet dem på det här sättet.”
Framtida tillämpningar
Avtummat silke används för att reparera nerver, ge livsmedel en beläggning för att förbättra hållbarheten och för biologiskt nedbrytbara batterier.
Denna forskning skapar en ny väg för att återskapa en fiber med strukturer som liknar naturligt silke.
Dr. Allardyce hävdar att det också är en innovation som kan tillämpas på andra nästa generations fibrer.
”Om kunskapen kunde tillämpas på andra biopolymerer – andra proteiner, cellulosafibrer – skulle vi potentiellt kunna producera nya fibrer som bara kräver en bråkdel av den energi som syntetiska material kräver, men som fungerar lika bra och samtidigt är biologiskt nedbrytbara.”
För mer information: Martin Zaki et al, Recreating Silk’s Fibrillar Nanostructure by Spinning Solubilized, Undegummed Silk, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202413786
