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Sea Silk
multiscale study of structure-function relationships in P. nobilis byssus and its traditional processing into golden yarn
Pasche, Delphine
Nature offers excellent archetypes for the development of next generation polymeric materials, which combine exemplary performance with sustainable production. Indeed, many natural protein materials, including mussel anchoring fibers (byssus) exhibit very interesting combination of properties: high extensibility, high toughness and even self-healing capacity. The byssus research has focused primarily on Mytilus byssus, however, interspecies comparison is essential for the understanding of natural materials. Therefore, I investigated the byssus of P. nobilis, which is the raw source of sea silk, a traditionally processed golden fabric famous in ancient times. I performed a comparative morphological study of P. nobilis byssus and three other related species of Ostreidea mussels using Mytilus byssus as reference. We found that Ostreidea byssus is comprised of a very unusual hierarchical structure comprised of macroprotein helixes made out of globular proteins, completely different from the collagenous Mytilus byssus. I further investigated the structure-properties relationship in the byssus of P. nobilis and was able to relate its building block to its mechanical properties. Finally, I characterized the effect of the traditional processing of P. nobilis byssus, which enables the transformation of the byssus of P. nobilis into sea silk. This provides further information on the biochemistry behind the mechanical and optical properties of P. nobilis byssus. These observations allowed the distillation of the key features of mussel byssus, with strong potential for generating bio-inspired polymeric materials.
Die Natur bietet uns hervorragende Vorbilder für die Entwicklung von Polymermaterialien der nächsten Generation, die vorbildliche Leistung mit nachhaltiger Produktion verbinden. Tatsächlich weisen viele natürliche Proteinmaterialien, einschließlich Muschelhaltefasern (Byssus), eine sehr interessante Kombination von Eigenschaften auf: Dehnbarkeit, Zähigkeit und eine Fähigkeit zur Selbstheilung. Die Byssus-Forschung hat sich in erster Linie auf den Byssus der Art Mytilus konzentriert. Der Vergleich verschiedenen Arten ist für das Verständnis natürlicher Materialien wichtig. Deshalb untersuchte ich den Byssus von P. nobilis, der die Ausgangsform von Meeresseide ist, einem traditionell verarbeiteten goldenen Stoff. Ich führte eine vergleichende morphologische Untersuchung von P. nobilis Byssus und drei anderen verwandten Arten von Ostreidea-Muscheln durch unter der Verwendung von Mytilus Byssus als Referenz. Wir fanden heraus, dass Ostreidea Byssus aus einer sehr ungewöhnlichen hierarchischen Struktur besteht. Diese besteht aus Makroprotein-Helixen, welche sich aus globulären Proteinen zusammensetzen und sich somit vollständig von dem kollagenen Mytilus Byssus unterscheiden. Ich habe die Struktur-Eigenschaften-Beziehung im Byssus von P. nobilis weiter untersucht und konnte seine einzelnen Bausteine mit den mechanischen Eigenschaften in Verbindung bringen. Schließlich habe ich den Effekt der traditionellen Verarbeitung von P. nobilis Byssus zur Muschelseide charakterisiert. Dies liefert uns weitere Informationen zur Biochemie hinter den mechanischen und optischen Eigenschaften von P. nobilis byssus. Die Beobachtungen ermöglichen uns die Erkenntnis der Schlüsselmerkmale von Muschelbyssus und somit dem Potenzial für das Herstellen von bio-inspirierten Polymermaterialien.
