Silkkikuitujen kehruulaitteiston koagulointikylvyn kehittäminen
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-09-20
Department
Major/Subject
Bioinformaatioteknologia
Mcode
ELEC3016
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
fi
Pages
20+8
Series
Abstract
Silkkikuitu on erittäin kestävä ja joustava materiaali, jonka ominaisuuksia pyritään jäljittelemään myös synteettisesti. Laboratorio-olosuhteissa on jo onnistuttu tuottamaan bakteerien, kuten Escherichia coli-bakteerin, avulla keinotekoisista minispidroineista silkkiproteiineja suurella saannolla, mutta niistä kehrätyt kuidut eivät vielä vastaa laadultaan luonnollista hämähäkinsilkkiä. Tässä kandidaatintyössä perehdytään kirjallisuuskatsauksen muodossa silkkikuitujen luonnolliseen muodostumiseen sekä keinotekoisten silkkikuitujen tuotannon nykytilanteeseen. Kirjallisuuskatsauksen lisäksi tämä kandidaatintyö sisältää kokeellisen osan, jossa tutkitaan koagulointiajan vaikutusta liuoskehrättävien kuitujen laatuun. Silkkikuitujen luonnollisesta tuotannosta on selvillä jo runsaasti tietoa, mutta myös lisätutkimuksen kohteita on edelleen. Kuidunmuodostukselle oleellisiin tekijöihin kuuluu esimerkiksi koagulointiympäristön pH, joka laskee hämähäkin rauhasesta poistuttaessa tasaisesti. Hämähäkin rauhasesta johtavan käytävän kapeneminen ja proteiiniliuokseen kohdistuva vetävä voima ovat muita oleellisia tekijöitä kuidunmuodostuksessa. Biomimeettisessa hämähäkinsilkin tuotannossa pyritään jäljittelemään hämähäkin luontaisen silkin tuotannon olosuhteita. Tämän kandidaatintyön kokeellisessa osiossa toteutettiin koeasetelma, jossa proteiiniliuosta ohjattiin kapillaarin kautta natriumasetaattipuskuriin. Puskurista muodostuva kuitu kerättiin kehruupyörälle ja tuotettujen kuitujen olemusta, halkaisijaa sekä vetolujuutta analysoitiin. Kokeellisen osion tuloksena vaikuttaisi siltä, että koagulointiaikaa varioimalla voidaan tuottaa kuituja, joiden ominaisuuksien ilmenemistä voidaan korostaa. Lyhyt koagulointiaika vaikuttaisi tuottavan erityisen joustavia kuituja. Pidemmällä koagulointiajalla tuotetut kuidut vaikuttavat kestävän enemmän voimaa katkeamatta, mutta venyvyys on niissä vähäisempää. Lisätutkimus olisi kuitenkin oleellista myös koagulointiajan osalta, sillä tämän kandidaatintutkielman otanta oli hyvin suppea. Silkkikuitujen liuoskehruulla saavutetaan jo ominaisuuksiltaan lupaavia kuituja, ja tarkemmalla hämähäkkien silkintuotantoon kohdistuvalla tutkimuksella sekä kehruuasetelman eri parametrien optimoimisella kuitujen ominaisuuksia pystytään jatkossakin parantamaan.Silk fibers are extremely durable and flexible materials whose properties are being synthetically replicated in biomimetic silk spinning. In laboratory settings, it is already possible to produce silk proteins from artificial mini-spidroins with high yields using bacteria, such as Escherichia coli. However, the fibers spun from these mini-spidroins do not yet match the quality of natural spider silk fibers. This bachelor’s thesis examines the current progress in biomimetic silk spinning in form of a literature review. Additionally, this thesis includes an experimental section that explores the effect of coagulation time on the quality of wet-spun fibers. While there is substantial knowledge about the natural production of silk fibers, there remain areas that require further research. Some key factors in natural silk fiber formation include the pH of the coagulation environment, which gradually decreases as the silk protein solution (dope) exits the spider’s silk gland and enters the spinning duct. Other important factors are the narrowing of the spinning duct and the tensile force exerted on the dope as the fiber is drawn away from the silk gland. Biomimetic production of spider silk seeks to replicate these natural conditions. The experimental section of this thesis involved a spinning setup in which the dope was guided through a capillary into a sodium acetate buffer. Silk fibers began to form upon contact with the pH 5 coagulation buffer, and the fibers were collected on a spinning wheel in three different setups to investigate the effect of coagulation time. The characteristics of the resulting fibers, such as morphology, diameter, and tensile strength, were analyzed. The experimental results suggest that varying the coagulation time can affect the properties of the produced fibers. A shorter coagulation time appears to yield particularly flexible fibers, while longer coagulation time produces fibers with greater tensile strength but lower extensibility. However, further research on coagulation time is necessary due to the limited sample size of this study. Wet-spinning of synthetic spider silk fibers has already produced fibers with promising properties. Continued research into the natural production processes of spider silk, along with the optimization of various parameters in the spinning setup, could further enhance the quality of these synthetic silk fibers in the future.Description
Supervisor
Turunen, MarkusThesis advisor
Sammalisto, Fred-EricKeywords
hämähäkinsilkki, koagulointiaika, synteettinen silkkikuitu
