Hydrothermal Effect on Mechanical Properties of Spidroin.

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2020
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Abstract
The superlative mechanical properties of spider silk and its conspicuous variations have instigated significant interest over the past few years. However, current attempts to synthetically spin spider silk fibers often yield an inferior physical performance, owing to the improper molecular interactions of silk proteins. Considering this, herein, a post-treatment process to reorganize molecular structures and improve the physical strength of spider silk is reported. The major ampullate dragline silk from with a high β-sheet content and an adequate tensile strength was utilized as the study material, while that from was regarded as a reference. Our results indicated that the hydrothermal post-treatment (50-70 °C) of natural spider silk could effectively induce the alternation of secondary structures (random coil to β-sheet) and increase the overall tensile strength of the silk. Such advantageous post-treatment strategy when applied to regenerated spider silk also leads to an increment in the strength by ~2.5-3.0 folds, recapitulating ~90% of the strength of native spider silk. Overall, this study provides a facile and effective post-spinning means for enhancing the molecular structures and mechanical properties of as-spun silk threads, both natural and regenerated.
Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide und ihre beachtlichen Variationen haben in den letzten Jahren großes Interesse hervorgerufen. Gegenwärtige Versuche, Spinnenseidenfasern synthetisch zu erspinnen, führen jedoch aufgrund unzureichender molekularer Wechselwirkungen der Seidenproteine häufig zu einer unterlegenen physikalischen Leistungsfähigkeit. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit ein Nachbehandlungsverfahren zur Reorganisation molekularer Strukturen und zur Verbesserung der physikalischen Festigkeit von Spinnenseide vorgestellt. Als Untersuchungsmaterial diente die Major-Ampullate-Abseilseide von mit einem hohen β-Faltblatt-Gehalt und einer adäquaten Zugfestigkeit, wohingegen jene von als Referenz herangezogen wurde. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die hydrothermale Nachbehandlung (50–70 °C) natürlicher Spinnenseide die Umwandlung von Sekundärstrukturen (Random Coil zu β-Faltblatt) wirksam induzieren und die Gesamtzugfestigkeit der Seide steigern konnte. Die Anwendung dieser vorteilhaften Nachbehandlungsstrategie auf regenerierte Spinnenseide führt ebenfalls zu einer Festigkeitssteigerung um etwa das 2,5- bis 3,0-Fache, wodurch rund 90 % der Festigkeit nativer Spinnenseide erreicht werden. Insgesamt liefert diese Studie eine einfache und effektive Post-Spinning-Methode zur Optimierung der Molekularstrukturen und mechanischen Eigenschaften frisch gesponnener Seidenfäden – sowohl natürlicher als auch regenerierter.
Reference Key
wu2020hydrothermalpolymers Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Hsuan-Chen Wu, Aditi Pandey, Liang-Yu Chang, Chieh-Yun Hsu, Thomas Chung-Kuang Yang, I-Min Tso, Hwo-Shuenn Sheu, Jen-Chang Yang
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Journal Polymers
Year 2020
DOI
E1013
URL
Keywords
strength spider silk secondary structures nephila pilipes hydrothermal treatment

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