Silk-inspired molecular design of bacterial nano-cellulose biomaterials

In recent years, there has been a growing interest in the development of bio-inspired materials as they have the potential to offer improvements in the design of superior mechanical performance materials. Furthermore, the progress of analytical and synthetic methods, provides a more thorough understanding of the molecular and structural mechanisms of bio-materials. Spider silk is an interesting example of a material with extraordinary mechanical behaviour, exhibiting both high tensile strength and considerable elasticity, which results in an exceptional toughness that is superior to most natural or man-made fibres. The application of spider silk goes way back in history where man-kind used cobwebs as sutures for bleeding wounds or orb webs for fishing. Traditionally, the main factor of inspiration for man-kind was the construction and design of web, however, nowadays research into the material structure and properties of spider silk has opened up new opportunities for spider silk inspired materials in fields as diverse as medical and military. These are sectors that can benefit from high mechanical stability and biocompatibility, which spider silks provide. The cannibalistic nature of spiders has limited the production of natural spider silk via farming techniques. This has intensified the investigation of various types of silk protein molecular building blocks, their self-assembly properties and the fibre spinning process. Here, we focused on the first two and later modelled this molecular structure in a composite material to gain a better understanding of its mechanical behaviour.Under de senaste åren har intresset för utveckling av naturinspirerade material ökat eftersom dessa material kan erbjuda förbättringar i materialdesign av mekaniskt utomordentligt starka material. Utveckling av analytiska och syntetiska metoder erbjuder en bättre förståelse av naturmaterialens molekylära och strukturella mekanismer. Spindelsilke är ett intressant exempel av material med märkvärdigt mekaniskt beteende som har både hög dragstyrka och betydande elasticitet, vilket resulterar i en ovanlig seghet som är överlägsen jämfört med största delen av naturliga eller syntetiska fibrer. Användning av spindelsilke går långt tillbaka i historien då människor använde spindelsilke som suturtråd för blödande sår eller hjulspindelnät för fiske. Traditionellt har nätets konstruktion och design varit huvudorsakerna till intresset men numera har forskningen av materialstruktur och -egenskaper av spindelsilke öppnat nya möjligheter för spindelsilkesinspirerade material t.ex. i medicinska och militära applikationer. Dessa områden kan utnyttja den höga mekaniska stabiliteten och biokompatibiliteten som spindelsilke har. Den kannibaliska naturen av spindlarna har begränsat produktionen av naturligt spindelsilke genom farmning. Detta har intensifierat undersökningen av olika typer av byggstenar i silkesprotein, deras självmonteringsegenskaper och fiberspinningsprocessen. I detta arbete fokuserades på de två första och senare modellerades denna molekylara struktur till ett kompositmaterial för att bättre kunna förstå dess mekaniska beteende