Ученые Университета ИТМО в сотрудничестве с коллегами из SLU University (Уппсала, Швеция) разработали биокомпозиты на основе протеинов природной паутины и оптически активных наночастиц. Главная особенность материала — комбинация свойств натуральных шелковых волокон и неорганических синтетических частиц.

Биокомпозит обладает уникальными механическими характеристиками и способен давать детектируемый оптический отклик при возбуждении в ближнем инфракрасном диапазоне, что делает его перспективным для биомедицинских применений. Статья опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces .

Разработка новых материалов, обладающих уникальными свойствами, сегодня является одним из приоритетных направлений научно-технологического развития. С развитием нанотехнологий появилась возможность получать качественно новые гибридные материалы с расширенным спектром функциональных свойств.

Одним из наиболее интересных биологических компонентов для создания новых материалов на протяжении многих лет остается паутина, которая по своим качествам превосходит искусственные аналоги. Паутина состоит из белковых молекул, каждая из которых представляет собой длинную цепочку, состоящую из тысяч звеньев аминокислот. Готовое волокно паутины содержит области, в которых несколько белковых цепочек связаны друг с другом с помощью стабильных химических связей. Эти соединения обеспечивают высокую прочность паутины. А находящиеся между этими соединениями несвязанные области обеспечивают паутине высокую эластичность.

Кроме того, паутина обладает рядом интересных биологических свойств — она биосовместима, имеет высокие значения показателей факторов роста клеток и их адгезии (сцепление поверхностей разнородных тел — прим.ред.), а также белки в составе паутины генетически адаптивны. Все это делает ее перспективным материалом для использования в медицине — например, в хирургии и трансплантологии.

В зависимости от того, какими наночастицами модифицирована паутина, возможно придать функциональным гибридным материалам новые свойства, необходимые в конкретной области применения.

Благодаря успешной коллаборации между учеными лаборатории SCAMT Университета ИТМО и группой Вадима Кесслера и Гуляим Сейсенбаевой из SLU University (Швеция) разработаны биокомпозиты на основе протеинов паутины и наночастиц оксидов гафния и циркония, допированных ионами редкоземельных элементов.

Исследователи продемонстрировали, что гибридный материал на основе волокон паутины, покрытых равномерным слоем неорганических наночастиц, обладает оптической активностью при сохранении эластичности и прочности материала. Кроме того, была показана биологическая совместимость полученных композитов.