Bioactive Silk Proteins as Geotextile Substrates

Bioactive Silk Proteins as Geotextile Substrates

Masuhiro Tsukada¹, Shafiul Islam² and Yoshio Ishiguro³

 

1)    National Institute of Sericultural & Agrobiological Sciences, Tsukuba, Ibaraki 305-8634 Japan

2)    TexTek Solutions, Ontario, Canada.   textek.weebly.com    textek@gmail.com

3)   Center for Food Quality, Labeling & Consumer Services, Nakadori, Yokohama 231-0003 Japan

 

Dedicated to Prof. Dr. Sueo Kawabata, CText FTI (1931-2001)

 

Abstract

There is a wave of interest in using natural textile substrates in diverse bioengineering applications^1-9 such as soil erosion and sedimentation control designs especially in environmentally sensitive areas. This research article evaluates the tensile properties and morphological features of silk fibers as a function of degree of biodegradation, burring time in the soil.

Introduction

Natural biopolymers including silk proteins seem critical geotextile materials as microorganisms decompose them gradually.  Silk fibers provide superior performance as a bioactive surgical suture even under the most demanding medical conditions.  Silk fibers are conducive to living cells growth that attached on the surface of silk fibers.

We studied the in vitro biodegradation of silk fibers and films with proteolytic enzymes and examined the tensile properties of silk fibers with increasing incubation time¹.  We used silk protein fibers considering their potential geotextile applications, examined their tensile properties and morphological features as biodegradable geotextile substrates.

Experimental

Materials

Silk fibers² with different chemical compositions are obtained from domestic silkworm, Bombyx mori and wild silkworm, Antheraea pernyi. Degummed silk fibers obtained by reeling the cocoons fibers were buried in the horticultural gardening soil (Kompal, Bark Compost Association, Tokyo) up to 3 months.  The temperature was maintained at around 24-30 °C throughout the experiment under moist condition by sprinkling water every 2-5 days to enhance biodegradation process.

Measurements

The tensile properties of silk fibers were evaluated by Tensilon UTM-II (Orientec, Tokyo) under standard conditions with 500 gf load-cell, 100 mm gauge length and 40 mm/min strain rate.   The surface morphology was examined with a JOEL JAX-333S scanning electron microscope (SEM), after gold coating at 15 keV acceleration voltage.

Results and discussions

Tensile properties

Table 1 compares the tensile properties of silk fibers, which were buried in soil for predetermined periods.  The tensile strength, elongation and moduli of Bombyx mori and Antheraea pernyi silk fiber buried in the ground decreases with increasing burring times.  It is obvious that the tensile strength of Antheraea pernyi Tussah silk fibers deteriorates more rapidly than Bombyx mori silk fiber, when they are buried in the soil.  

Table 1: Biodegradation of silk fibers under the soil
	Bombyx mori silk			Tussah silk
Tensile Parameters	Embedding Period (months)
	0	1	2	0	1	2
Strength (gf)	3.5	1.8	1	3.6	1	0.3
Elongation (%)	15.5	7	5.2	40.1	29	21
Modulus (kg/mm2)	850	760	380	730	322	205

Textiles & Clothing Bangladesh :: Jan-Feb-Mar 2007

Morphology

10 μm	20 μm
Fig. 1 Biodegradation of Bombyx mori silk fibre	Fig. 2 Biodegradation: Antheraea Pernyi silk fibre

Figure 1 and 2 shows the Scanning Electron Microscopy SEM images: biodegradation features of Bombyx mori and Antheraea Pernyi silk fibers, respectively, which were buried under the soil for 2 months.  Silk fibers prior to decomposition tests were apparently smooth.  It is apparent that the microorganisms eroded the Antheraea pernyi fiber surface and created numerous voids, while less voids are distinct on the Bombyx mori silk fiber probably due to their ordered dense microstructures.

Conclusion

The microorganisms in the soil do not practically decompose artificial polymers, such as polystyrene, polyethylene, polypropylene and polyester.  This creates enormous environmental concerns.  The biodegradation of protein polymers offers significant advantages from additional recycling and decomposition. Silk’s excellent inherent tensile properties and subsequent biodegradability makes them unique geotextile materials.

The potential grafting, coating and engineering scopes to tailor specialized functional features to bioactive natural protein polymers have created a wave of interest in demanding applications^1-9.  

At the outset silk protein fibers exhibit excellent tensile properties, their inherent properties decrease as a function of burring periods due to their time dependent degradation by various   microorganisms in the burring soil.  The decay in tensile properties of tussah silk fibers was higher than that of Bombyx mori silk, which matched the finding - tussah silk fiber contained highly porous microstructure, such as visual voids⁴ with large size and leaf-pleated sheet structure within the silk fiber.  This leads to rapid degradation of tussah silk fiber following decomposition by various microorganisms contrary to Bombyx mori silk fibers with highly consolidated microstructure, yielded a slow rate of biodegradation than that of tussah silk fibers.

Silk fibers are fairly expensive compared to other natural fibers, cotton and cellulose and as well as commonly used artificial man made fibers. We can however cut costs by using silk fibrous by-products. Silk fibers exhibit excellent elastic modulus and high absorbency5. Since living cells grow cohesively on the surface of silk substrates - these biophysical properties are critical for certain geotextile applications.

References

1. T Arai, G Freddi, R Innocenti, M Tsukada, Biodegradation of Bombyx mori Silk Fibroin Fibers and Films, J. of Appl. Poly. Sci., 91, 2383-2390, 2004

2. M Tsukada et al., Structural Changes of Silk Fibers Induced by Heat-Treatment, J.of Appl. Poly. Sci., 46, 1945-1953, 1992

3. S Islam, Synthetic Silk Synthesis, Technitex Symposium, BTTG, Leeds, UK 6-7 Nov, 2002

4. T Narumi, M. Kobayashi, A Method of Morphometry for Voids in Saturniidae Cocoon Filaments Using Image Processing Techniques, J. Seri. Sci. of Japan, 64, 203-208, 1995

5. S Islam, et al., Methods and apparatus for spinning spider silk protein, USP 7,057,023 Jun 6, 2006

6. M Tsukada, S Islam et al., Antibiotic Silk Substrates for Healthcare, Text. J. 121(5) 47-49, 2004

7. C Karatzas, S Islam et al., High-toughness Spider Silk Fibers Spun from Soluble rc-Silk Produced in Mammalian Cells, Biopolymers, Vol. 8: Polyamides and Complex Proteinaceous Materials II: Chapter 5, ISBN 3-527-30223-9, Wiley-VCH: Weinheim Germany. Apr 97-117, 2003

8. M Tsukada, S Islam et al., Microwave Irradiation Technique to Enhance Protein Fiber Properties, Autex Res. J. 5(1) 40-48, 2005

9. M Tsukada, S Islam et al., Enhancing Sorption Properties of Natural Fibrous Protein Substrates.  Part I: Absorption of malodorous gases, Text. J., 121(6) 48-50, 2004

TTS :: NIAS R&D Initiative

:: 20060906 ::

::::

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া

by Shafiul Islam on Saturday, October 15, 2011 at 11:02am ·

উৎসর্গঃ  সৃস্টির সেবক, রেডিও আবিস্কারক স্যার জগদীশ চন্দ্র বসু - যার স্পর্শে পৃথিবী ধন্য!

আজিজা রহমান সিলভিয়া। বাংলাদেশের প্রথম মহিলা টেক্সটাইল প্রযুক্তিবিদ। বর্তমানে বাংলাদেশ টেক্সটাইল মিলস্‌ কর্পোরেশনের উপ মহাব্যবস্থাপক।
১৯৮১-৮২ শিক্ষাবর্ষে আমরা ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয়ের অধীনে বাংলাদেশ কলেজ অফ টেক্সটাইল ইঞ্জিনিয়ারিং এন্ড টেকনোলজি হতে টেক্সটাইল প্রযুক্তিতে ৪ বছর মেয়াদী ডিগ্রী কোর্সে শিক্ষাজীবন শুরু করি। অসুস্থ রাজনীতির পরিণতি,সেশন জটের জটিলতায় আমাদের দীর্ঘ ছাত্রজীবন। সহপাঠী হিসেবে আমরা অনেকটা পথ হেটেছি একসাথে। টেক্সটাইল কলেজে একটি সুস্থ পরিবেশ গড়ার স্বপ্নে আমরা ছিলাম সহযোদ্ধা।
সত্যের রূপ একটাই। সত্য অনিন্দ্য সুন্দর। আর স্বপ্নের শক্তি অসীম। আর তাই আমরা আজও এগিয়ে চলেছি-প্রত্যয় ও প্রতিশ্রুতি নিয়ে, সুন্দর আগামীর প্রত্যাশায়।
এবার দেশে ফিরে TexTek Solutions ও বিজ্ঞানী.com-এর পক্ষ থেকে মুখোমুখি হই আজিজা রহমানের। শুনুন তাহলে আমাদের আলাপচারিতার অংশবিশেষঃ

শফিউল ইসলাম : শুভেচ্ছা ও অভিনন্দন। পদোন্নতি ও নতুন দায়িত্ব কেমন লাগছে?
আজিজা রহমান : অবশ্যই আনন্দের, যে কোন প্রাপ্তীই আনন্দদায়ক। কেবল মাত্র দূর্নাম ছাড়া। তাই নতুন পদবী ও দায়িত্ব সবকিছুই খুব ভালো লাগছে।

শ. ই. : বগুড়ার মেয়ে তুমি। তোমার শৈশব কেমন কেটেছে?
আ.র. : বগুড়ার মেয়ে হলেও শৈশব, কৈশর,যৌবন এমনকি বর্তমান বসবাস ঢাকাতে। তাই আর দশ-পাঁচটা মেয়ের মত আমার শৈশব ছিল আনন্দদায়ক ও স্মৃতি রোমাঞ্চকর।

শ. ই. :     টেক্সটাইল প্রযুক্তির পেশা কেন বেছে নিলে?
আ.র. :     ছোটবেলা থেকে আঁকাআঁকিতে বেশ হাত ছিল। তাই ভেবেছিলাম আর্কিটেকচার-এ পড়ব।কিন্তু সেখানে চান্স পেলাম না। আর ডাক্তারিতে চান্স পেলাম তাও ঢাকার বাইরে। বাবা মাকে ছেড়ে কোথাও যাব না। তাই অবশেষে বাবার ইচ্ছায় এই টেক্সটাইল ইঞ্জিনিয়ারিং-এ ভর্তি হলাম। প্রথম ও একমাত্র মহিলা হিসেবে  টেক্সটাইল ইঞ্জিনিয়ারিং-এ ভালোভাবেই পড়াশোনা করলাম এবং এই লাইনে ভালোভাবে চাকুরী করে এতদূর পথযাত্রা। সবকিছু মিলিয়ে মনে হয় বাবা আমাকে সঠিক পথেই পরিচালিত করেছিলেন।

শ. ই. :        বাংলাদেশের প্রায় ৮০%  রপ্তানী আয় আসে টেক্সটাইল ও পোশাক শিল্প থেকে। এক্ষেত্রে আমরা কি কি চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি?
আ. র. :      বাংলাদেশের সর্ববৃহৎ রপ্তানী আয় আসেই পোশাক শিল্প হতে। আর এই শিল্প যেমন দেশের বাইরে তেমনি দেশের ভিতরে বিভিন্ন সমস্যার মুখোমুখি। উদাহরণস্বরূপ বলা যায় যে, আমাদের প্রতিবেশী দেশগুলোর সাথে যেমন প্রতিযোগিতার গুণগত মান, বিভিন্ন ডিজাইন, বিভিন্ন টেক্সটাইল ম্যাটেরিয়াল ব্যাবহার সর্বোপরি কোটাভিত্তিক ব্যাবসা যা বর্তমানে বন্ধ হলেও বাংলাদেশের অবস্থান আগের তুলনায় ভালো আছে। আর দেশের অভ্যন্তরে যেমন- ব্যাকওয়ার্ড লিংকেজ, যা কিনা আমাদের দেশে ঘাটতি রয়েছে। নতুবা আমরা এক্ষেত্রে আয় করতে পারতাম।

শ. ই. :        এসব সমস্যাকে কিভাবে সম্ভাবনায় রূপ দিতে পারি?
আ. র. :      আমার মতে ব্যাকওয়ার্ড লিংকেজ-এর মত সমস্যার মোকাবেলা করতে হলে সরকারী ও বেসরকারী ভাবে উদ্দ্যেগ গ্রহণ করতে হবে। এতে যেমন দরকার নতুন নতুন স্পিনিং মিলস্‌ তৈরি করা এবং পরবর্তী চেইন অফ প্রসেস অনুযায়ী মিল/ফ্যাক্টরী তৈরি করে ফিনিক্স প্রোডাক্ট গার্মেন্ট পর্যন্ত ফ্যাক্টরী গরে তোলা। এর জন্য প্রয়োজন প্রথমত পরিকল্পনা। প্রতি বছর গড়ে কত গজ কাপড়(বুনন), কত গজ নীট কাপড় লাগবে, এর জন্য কত গজ সুতার প্রয়োজন সে অনুযায়ী ব্যাকওয়ার্ড লিংকেজ-এর মিল/ফ্যাক্টরী গড়ে তুলতে হবে। নতুবা র-ম্যাটেরিয়ালের ঘাটতি থেকে যাবে যা বিদেশ হতে আনতে হবে। এছাড়া আমাদের এই শিল্পকে রাজনীতির আওতামুক্ত রাখতে হবে।
                   আমি মনে করি যদি কোন ক্ষেত্রে গ্রুপ বা জোন ওয়াইজ টেক্সটাইল সেক্টর গড়ে তোলা যায় যেমন নীটিং, উইভিং, ডাইং ইত্যাদি ফ্যাক্টরীগুলো নির্দিষ্ট এলাকাভিত্তিক চেইন-ওয়াইজ গড়ে তোলা হয় তবে অনেক ক্ষেত্রে প্রোডাকশন কস্ট আরো নিম্নে আনা সম্ভব হবে। এছাড়াও বিভিন্ন গবেষণার মাধ্যমে আরো বিভিন্ন পদক্ষেপ গ্রহণ করে এই শিল্পের আরো উন্নতি করা সম্ভব।

শ. ই. :        বাংলাদেশের টেক্সটাইল সেক্টরে উন্নতির জন্য কোন পরামর্শ... ...
আ. র. :      অবশ্যই টেক্সটাইল সেক্টর একটি সম্ভাবনাময় শিল্প। আর আমরা অবশ্যই আশাবাদী এই সেক্টর নিয়ে যা কিনা আগামী ১০ বছর পরে আরো বৃহত্তর আকারে বাংলাদেশের অর্থনীতিতে অবদান রাখবে-তা যেমন গুণগত দিক দিয়ে হোক আর সংখ্যাগত দিক দিয়ে হোক।এই শিল্প শুধু রপ্তানীর ক্ষেত্রেই নয় নয়, দেশের অভ্যন্তরেও এর চাহিদা বিরাট যা এখনো আমরা পূরণ করতে পারিনি। আশা করি আগামী দশ বছরে তা আমাদের দেশের অভ্যন্তরীণ চাহিদা পূরণ করতে পারবে এবং এর সাথে বিদেশের চাহিদা অনুযায়ী রপ্তানী করতে পারবে। ভবিষ্যতে নতুন নতুন টেক্সটাইলের বিভিন্ন ধরনের মিল/ফ্যাক্টরী গড়ে উঠবে এই প্রত্যাশাই করছি।

Aziza Rahaman Sylvia with the distinguished textile engineers at the ITET Convention in Dhaka 20060302

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া 

Kritoggota: Mahfuz many thanks for typing this article.
Picture: Aziza Rahaman Sylvia with the distinguished textile engineers at the ITET Convention in Dhaka 20060302
Courtesy of www.biggani.org: http://biggani.com/content/view/376/158/
Published at biggani.org on 15 March 2007
Picture: Aziza Rahaman Sylvia with the distinguished textile engineers at the ITET Convention in Dhaka 20060302

http://biggani.org/?p=118

Last Updated: 20200905

সৌজন্যে: TexTek Solutions ::  Vision Creates Value

 

শফিউল ইসলাম

ইমেইল: shafiul_i@yahoo.com   :: ওয়েবঃ textek.weebly.com :: Canada :: www.linkedin.com/in/shafiul2009 

মন্তব্য:
Thanks for the comments on textile
লিখেছেন Baezid, December 07, 2008
Hello Madam,

Thanks for your hope on the textile world esp. Bangladesh. yes, we need to keep the textile sector away from the bloody bangladeshi political people!!!
Thanks,

Baezid /Dhaka

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প:
লিখেছেন salmaAkter, December 10, 2008


সত্যের রূপ একটাই। সত্য অনিন্দ্য সুন্দর। আর স্বপ্নের শক্তি অসীম। আর তাই আমরা আজও এগিয়ে চলেছি-প্রত্যয় ও প্রতিশ্রুতি নিয়ে, সুন্দর আগামীর প্রত্যাশায়।
Thank you very much.

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প:
লিখেছেন Shafiul Islam, December 11, 2008

Baezid,
Thanks for your complements! Yes, we can empower our people and politics!!
"amader deshe hobe sei chhele kobe, kothai na borro hoye kaje borro hobe!"
Bolunto ei uktiti kar?
Shuvarthee,
Shafiul.

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প:
লিখেছেন Shafiul Islam, December 11, 2008

Salma,
Thanks for your complements! স্বপ্নের শক্তি অসীম।
"amader deshe hobe sei meye kobe, kothai na borro hoye kaje borro hobe!"
Bolunto ei uktiti kar?
Shuvarthee,
Shafiul.

...
লিখেছেন salma Akter, February 17, 2009

Original ta chilo Kusum kumari debir r eta apnar!
Thanks a lot .

...
লিখেছেন ডিজিটাল কলম, December 18, 2009


ভাবতে খুব ভালো লাগছে যে আমিও একই প্রতিষ্ঠানের ছাত্র............আপ্নাদের নেতৃত্বে এই সেক্টরকে এগিইয়ে নেবার আশা রাখি।।

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া
লিখেছেন Shafiul Islam, December 21, 2009
Thanks for your thoughts! We can train our brain to further our talents!

...
লিখেছেন M.M.Hossen Khokon, May 10, 2010
Thanks Mr. Shafiul Islam for his writings.

Aziza madam is a crown woman in this sector who has taken such type of decision to be a textile engineer in that time. Now lots of women are educated in this field.

Anyway please write about

Textile and garment sectors contribute more than 80% of our export but there is no research institute. It's a shame for us. Lots of foreigners are working in this sector. But we the Bangladeshi are not capable for this? What do you think?

Thanks,

Khokon

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া
লিখেছেন Shafiul Islam, May 10, 2010
Khokon, Thanks for your thoughts. We all can make a difference!

What about BTMC?
লিখেছেন Md Mirjahan Khan, November 29, 2010
first of all I think I should be sorry, If I make any mistake in my comment. My confusion is all about the industries related to BTMC. Because the private textile industries are making profit with little investment and expanding dramatically, but the industries under BTMC have not seen profit for many years and are almost closed. Why this situation come and can it be overcome?

...
লিখেছেন Md Didarul Islam Rupon, February 01, 2011
I am Student of textile engineer.I got inspiration by Aziza silvia because i am bograr chol.

সুতা আমদানির ব্যপারে্‌...
লিখেছেন মোঃ শামীম রেজা , August 24, 2011
My name is shamim , I am a student of Pabna Textile Engineering College , university of Rajshahi. Now i am in B.Sc. in Textile Engineering final year student., i have a some comments____________ইদািনং আমরা দেখতে পাচ্ছি যে সুতার দাম আগের তুলনাই অনেক বেড়ে গেছে । world market a তুলার দাম বাড়ার কারনে, এছাড়াও আর অনেক কারনে। তাই ৈতির পোশাক এবং দেশও বস্তের দাম ও বহুল অংশে বেড়ে গেছে । আমরা শুলতে পাচ্ছি যে সুতার ৩০ count এর নিচে অনেক সুতা বেশি দামে ,পাশের দেশ India থেকে আমদানি করা হচ্ছে । আমরা জানি India তে উন্নত ম্যাশিন দারা Secondary তুলা কে recycling করে কম কউন্ত এর সুতা কম cost এ ৈতির করছে । এবং world market এ তাদের সুতার প্রসার ঘটছে ।আমরা কি পারি না আমাদের দেশে উন্নত মানের ম্যাশিন আমদেনি করা নতুন নতুন spinning mill established করে Secondary তুলা কে recycling করে কম কউন্ত এর সুতা ৈতির করতে ? এতে দেশে সুতার সরবরাহ বারবে। বেশি দামে সুতা আমদানি ও করতে হবে না।

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া
লিখেছেন Shafiul Islam, February 20, 2012
Greetings Md Mirjahan Khan,

Thank you for your thoughts and concerns. Unfortunately we cannot comment on BTMC's activity and productivity. But we feel we all can do our part - empower ourselves, dare to dream and exceed expectations.

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া
লিখেছেন Shafiul Islam, February 20, 2012

Greetings Md Didarul Islam Rupon,
Thanks for your wonderful thoughts....

সম্ভাবনাময় বস্ত্র ও পোশাক শিল্প: আজিজা রহমান সিলভিয়া
লিখেছেন Shafiul Islam, February 20, 2012

Greetings মোঃ শামীম রেজা,
We appreciate your thoughts. If you really believe in the project, nobody can stop you to go ahead and make a difference. Good luck to your journey. Thanks again.

· · · Share · Delete

• 
  
• You, অচিন্ত্য গিয়াস, Jitu Khan and 2 others like this.
• • 
    

    Shafiul Islam Thanks (♥♪♥)
    

    October 16, 2011 at 4:39pm ·