Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential Basic Building Block of Silk Materials

丝绸 丝素 材料科学 溶解 范德瓦尔斯力 无定形固体 高分子科学 氢键 化学工程 分子 纳米技术 蜘蛛丝 图层(电子) 复合材料 化学 结晶学 有机化学 工程类
作者
Qianqian Niu,Qingfa Peng,Lu Li,Suna Fan,Huili Shao,Huihui Zhang,Rongliang Wu,Benjamin S. Hsiao,Yaopeng Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (12): 11860-11870 被引量:120
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b03943
摘要

In this study, nascent silk nanoribbons (SNRs) with an average thickness of 0.4 nm were extracted from natural silkworm silk by partially dissolving degummed silk (DS) in sodium hydroxide (NaOH)/urea solution at -12 °C. In this gentle treatment, the solvent could not destroy the nanofibrillar structure completely, but the chosen conditions would influence the dimensions of resulting SNRs. Molecular dynamics simulations of silk models indicated that the potential of mean force required to break hydrogen bonds between silk fibroin chains was 40% larger than that of van der Waals interactions between β-sheet layers, allowing the exfoliating treatment. It was found that the resulting SNRs contained a single β-sheet layer and amorphous silk fibroin molecules, which could be considered as the basic building block of DS consisting of hierarchical structures. The demonstrated technique for extracting ultrathin SNRs having the height of a single β-sheet layer may provide a useful pathway for creating stronger and tougher silk-based materials and/or adding functionality and durability in materials for various applications. The hierarchical structure model based on SNRs may afford more insight into the structure and property relationship of fabricating silk-based materials.
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