Material characterization of an engineered spider silk protein and conception of a process for its biomimetic spinning

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Keerl, David:
Material characterization of an engineered spider silk protein and conception of a process for its biomimetic spinning.
Bayreuth , 2015 . - XIII, 164 S.
( Dissertation, 2014 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften)

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Abstract

Spinnenseide produziert von Radnetzspinnen bietet durch seine Kombination aus mechanischer Stärke und Dehnbarkeit eine Vielzahl an Möglichkeiten für den Einsatz in technischen Anwendungen.
In dieser Arbeit wurden künstliche Fasern zum allerersten Mal in einem rein wässrigen biomimetischen Prozess aus dem rekombinanten Spinnenseidenprotein (AQ)24NR3 hergestellt
und charakterisiert. Der Einfluss von
Lösungseigenschaften (Konzentration, Viskosität und Stabilität), Prozessparameter (Ionenaustausch
und Wasserentfernung) und Spinnbedingungen (Spinngeschwindigkeit und Feuchte) auf
Faserherstellung und -eigenschaften wurden systematisch untersucht.
Zusammengefasst liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse zur Herstellung konzentrierter rekombinanter
Spinnenseidenlösungen und wie die Herstellung von Fasern aus diesen Lösungen durch
die Prozessparameter beeinflusst und kontrolliert werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit
geben auch einen Einblick in die Unterschiede zwischen künstlicher und natürlicher Spinnenseidenlösung
und -fasern, und liefern somit wichtige Erkenntnisse für zukünftige Ansätze zur
Herstellung von Fasern aus wässrigen Lösungen mit mechanischen Eigenschaften vergleichbar
zur natürlichen Seide.

Abstract in weiterer Sprache

Spider silk produced by orb-weaving spiders offers a large variety of technical applications due
to its combination of mechanical strength and extensibility.
In this work, artificial fibers - for the first time produced in an all-aqueous biomimetic process -
from the recombinant spider silk protein (AQ)24NR3, which is based on the sequence (except the
NRN-domain) of the dragline silk protein eADF3 of the European garden spider A. diadematus,
are characterized. The influence of silk spinning dope properties (silk concentration, viscosity
and solution stability), processing parameters (ion exchange and water removal) and spinning
conditions (silk spinning speed and humidity) on fiber production and properties are systematically
studied. Overall, this work provides information about the preparation of concentrated recombinant spider
silk solutions and how the production of fibers from these solutions may be affected and controlled
by varying processing parameters. The results reveal insights into the differences between artificial
and native silk solutions and fiber, providing essential knowledge for future approaches to
produce fibers from an all aqueous solution with mechanical properties comparable to native silk
fibers.