Abstract
Silk is a textile material, as well as one of the oldest biomaterials. However, the recent progress of biomedical science and technology has led to the replacement of silk by various biomaterials based on synthetic polymers. Despite the wide variety of biomaterials available, these materials suffer certain limitations that prevent them from meeting the various demands of the medical field. Therefore, silk continues to attract considerable interest as a promising biomaterial. This paper explains the fundamentals of silk protein, and reviews the many applications of silk biomedical polymers.
Similar content being viewed by others
References
M. Santin, A. Motta, G. Freddi, and M. Cannas,J. Biomed. Mater. Res.,46, 382 (1999).
K. Inouye, M. Kurokawa, S. Nishikawa, and M. Tsukada,J. Biochem. Bioph. Meth.,37, 159 (1998).
N. Minoura, S. I. Aiba, M. Higuchi, Y. Gotoh, M. Tsukada, and Y. Imai,Biochem. Bioph. Res. Co.,208, 511 (1995).
H. Oh, J. Y. Lee, A. Kim, C. S. Ki, J. W. Kim, Y. H. Park, and K. H. Lee,Fiber. Polym.,8, 470 (2007).
G. H. Altman, F. Diaz, C. Jakuba, T. Calabro, R. L. Horan, J. S. Chen, H. Lu, J. Richmond, and D. L. Kaplan,Biomaterials,24, 401 (2003).
Y. Wang, H. J. Kim, G. Vunjak-Novakovic, and D. L. Kaplan,Biomaterials,24, 6064 (2006).
C. Vepari and D. L. Kaplan,Prog. Polym. Sci.,32, 991 (2007).
M. Fini, A. Motta, P. Torricelli, G. Glavaresi, N. N. Aldini, M. Tschon, R. Giardino, and C. Migliaresi,Biomaterials,26, 3527 (2005).
D. H. Roh, S. Y. Kang, J. Y. Kim, Y. B. Kwon, H. Y. Kweon, K. G. Lee, Y. H. Park, R. M. Baek, C. Y. Heo, J. Choe, and J. H. Lee,J. Mater. Sci. Mater. M.,17, 547 (2006).
J. Moreau, J. S. Chen, D. Kaplan, and G. Altman,Tissue Eng.,12, 2905 (2006).
J. E. Moreau, D. S. Bramono, R. L. Horan, D. L. Kaplan, and G. H. Altman,Tissue Eng.,14, 1161 (2008).
R. Nazarov, H. J. Jin, and D. L. Kaplan,Biomacromolecules,5, 718 (2004).
Y. Yang, F. Ding, H. Wu, W. Hu, W. Liu, H. Liu, and X. Gu,Biomaterials,28, 5526 (2007).
H. B. Fan, H. F. Liu, E. J. W. Wong, S. L. Toh, and J. C. H. Goh,Biomaterials,29, 3324 (2008).
C. M. Li, H. J. Jin, G. D. Botsaris, and D. L. Kaplan,Abstracts of Papers of the American Chemical Society,226, U498 (2003).
C. S. Ki, E. H. Gang, I. C. Um, and Y. H. Park,J. Membrane Sci.,302, 20 (2007).
H. J. Jin and D. L. Kaplan,Nature,424, 1057 (2003).
S. W. Ha, H. S. Gracz, A. E. Tonelli, and S. M. Hudson,Biomacromolecules,6, 2563 (2005).
Z. Z. Shao and F. Vollrath,Nature,418, 741 (2002).
C. Z. Zhou, F. Confalonieri, M. Jacquet, R. Perasso, Z. G. Li, and J. Janin,Proteins,44, 119 (2001).
L. F. Drummy, B. L. Farmer, and R. R. Naik,Soft Matter,3, 877 (2007).
C. Z. Zhou, F. Confalonieri, N. Medina, Y. Zivanovic, C. Esnault, T. Yang, M. Jacquet, J. Janin, M. Duguet, R. Perasso, and Z. G. Li,Nucleic Acids Res.,28, 2413 (2000).
Y. Takasu, H. Yamada, and K. Tsubouchi,Biosci. Biotech. Bioch.,66, 2715 (2002).
K. H. Lee,Macromol. Rapid Comm.,25, 1792 (2004).
J. Magoshi, Y. Magoshi, M. A. Becker, and S. Nakamura,Abstracts of Papers of the American Chemical Society,212, 53 (1996).
J. Magoshi, Y. Magoshi, and S. Nakamura,Appl. Polym. Symp.,41, 187 (1985).
G. Y. Li, P. Zhou, Z. Z. Shao, X. Xie, X. Chen, H. H. Wang, L. J. Chunyu, and T. Y. Yu,Eur. J. Biochem.,268, 6600 (2001).
J. Magoshi, Y. Magoshi, and S. Nakamura,Polym. Comm.,26, 60 (1985).
P. Zhou, X. Xie, D. P. Knight, X. H. Zong, F. Deng, and W. H. Yao,Biochemistry,43, 11302 (2004).
J. Magoshi, Y. Magoshi, M. Kato, M. A. Becker, H. Zhang, and S. Nakamura,Abstracts of Papers of the American Chemical Society,217, U469 (1999).
J. Magoshi, Y. Magoshi, T. Tanaka, S. Inoue, M. Kobayashi, Tsuda H, M. A. Becker, H. Zhang, and S. Nakamura,Abstracts of Papers of the American Chemical Society,221, U575 (2001).
A. Matsumoto, J. Chen, A. L. Collette, U. J. Kim, G. H. Altman, P. Cebe, and D. L. Kaplan,J. Phys. Chem. B,110, 21630 (2006).
T. Tanaka, J. Magoshi, Y. Magoshi, S. Inoue, M. Kobayashi, H. Tsuda, and S. Nakamura,Abstracts of Papers of the American Chemical Society,222, U251 (2001).
T. Huang, P. Ren, and B. Huo,J. Appl. Polym. Sci.,106, 4054 (2007).
M. Rössle, P. Panine, V. S. Urban, and C. Riekel,Biopolymers,74, 316 (2004).
A. Ochi, K. S. Hossain, J. Magoshi, and N. Nemoto,Biomacromolecules,3, 1187 (2002).
K. Ohgo, F. Bagusat, T. Asakura, and U. Scheler,J. Am. Chem. Soc.,130, 4182 (2008).
T. Asakura, M. Hamada, Y. Nakazawa, S. W. Ha, and D. P. Knight,Biomacromolecules,7, 627 (2006).
T. Asakura, K. Suita, T. Kameda, S. Afonin, and A. S. Ulrich,Magn. Reson. Chem.,42, 258 (2004).
T. Asakura, M. Y. Yang, T. Kawase, and Y. Nakazawa,Macromolecules,38, 3356 (2005).
Y. Nakazawa and T. Asakura,Macromolecules,35, 2393 (2002).
S. J. He, R. Valluzzi, and S. P. Gido,Inter. J. Biol. Macromol.,24, 187 (1999).
M. Tsukada and K. Hirabayashi,Sen-i Gakkaishi,39, 265 (1983).
H. Saito, R. Tabeta, T. Asakura, Y. Iwanaga, A. Shoji, T. Ozaki, and I. Ando,Macromolecules,17, 1405 (1984).
M. Tsukada, Y. Gotoh, and N. Minoura,J. Sericulture Sci. Jpn.,59, 325 (1990).
Y. Shen, M. A. Johnson, and D. C. Martin,Macromolecules,31, 8857 (1998).
T. Asakura, T. Yamane, Y. Nakazawa, T. Kameda, and K. Ando,Biopolymers,58, 521 (2001).
I. C. Um, H. Y. Kweon, K. G. Lee, and Y. H. Park,Inter. J. Biol. Macromol.,33, 203 (2003).
X. G. Li, L. Y. Wu, M. R. Huang, H. L. Shao, and X. C. Hu,Biopolymers,89, 497 (2008).
Y. H. Yang, Z. Z. Shao, X. Chen, and P. Zhou,Biomacromolecules,5, 773 (2004).
X. Hu, D. Kaplan, and P. Cebe,Macromolecules,41, 3939 (2008).
Y. Takahashi, M. Gehoh, and K. Yuzuriha,Inter. J. Biol. Macromol.,24, 127 (1999).
B. M. Min, L. Jeong, K. Y. Lee, and W. H. Park,Macromol. Biosci.,6, 285 (2006).
X. Chen, D. P. Knight, Z. Z. Shao, and F. Vollrath,Polymer,42, 9969 (2001).
C. Holland, A. E. Terry, D. Porter, and F. Vollrath,Nat. Mater.,5, 870 (2006).
A. Raghu, R. Somashekar, and S. Ananthamurthy,J. Polym. Sci. Polym. Phys.,45, 2555 (2007).
C. S. Ki, J. W. Kim, H. J. Oh, K. H. Lee, and Y. H. Park,Inter. J. Biol. Macromol.,41, 346 (2007).
C. S. Ki, I. C. Um, and Y. H. Park,Polymer,50, 4618 (2009).
H. Kweon, H. C. Ha, I. C. Um, and Y. H. Park,J. Appl. Polym. Sci.,80, 928 (2001).
B. M. Min, G. Lee, S. H. Kim, Y. S. Nam, T. S. Lee, and W. H. Park,Biomaterials,25, 1289 (2004).
K. E. Park, S. Y. Jung, S. J. Lee, B. M. Min, and W. H. Park,Inter. J. Biol. Macromol.,38, 165 (2006).
S. Min, T. Nakamura, A. Teramoto, and K. Abe,Sen-i Gakkaishi,54, 270 (1998).
G. D. Kang, K. H. Lee, C. S. Ki, J. H. Nahm, and Y. H. Park,Macromol. Res.,12, 534 (2004).
X. Wang, X. Zhang, J. Cstellot, I. Herman, M. Iafrati, and D. L. Kaplan,Biomaterials,29, 894 (2008).
C. Vepari and D. L. Kaplan,Prog. Polym. Sci.,32, 991 (2007).
J. S. Chen, G. H. Altman, V. Karageorgiou, R. Horan, A. Collette, V. Volloch, T. Colabro, and D. L. Kaplan,J. Biomed. Mater. Res. A,67A, 559 (2003).
H. Yoshimoto, Y. M. Shin, H. Terai, and J. P. Vacanti,Biomaterials,24, 2077 (2003).
H. J. Jin, J. S. Chen, V. Karageorgiou, G. H. Altman, and D. L. Kaplan,Biomaterials,25, 1039 (2004).
K. Yamamoto, N. Tomita, Y. Fukuda, S. Suzuki, N. Igarashi, T. Suguro, and Y. Tamada,Biomaterials,28, 1838 (2007).
D. Marolt, A. Augst, L. E. Freed, C. Vepari, R. Fajardo, N. Patel, M. Gray, M. Farley, D. Kaplan, and G. Vunjak-Novakovic,Biomaterials,27, 6138 (2006).
M. Simonet, O. D. Schneider, P. Neuenschwander, and W. J. Stark,Polym. Eng. Sci.,47, 2020 (2007).
H. J. Kim, U. J. Kim, G. G. Leisk, C. Bayan, I. Georgakoudi, and D. L. Kaplan,Macromol. Biosci.,7, 643 (2007).
L. Meinel, R. Fajardo, S. Hofmann, R. Langer, J. Chen, B. Snyder, G. Vunjak-Novakovic, and D. Kaplan,Bone,37, 688 (2005).
H. J. Kim, U. J. Kim, H. S. Kim, C. Li, M. Wada, G. G. Leisk, and D. L. Kaplan,Bone,42, 1226 (2008).
J. R. Mauney, T. Nguyen, K. Gillen, C. Kirker-Head, J. M. Gimble, and D. L. Kaplan,Biomaterials,28, 5280 (2007).
G. H. Altman, R. L. Horan, H. H. Lu, J. Moreau, I. Martin, J. C. Richmond, and D. L. Kaplan,Biomaterials,23, 4131 (2002).
J. E. Moreau, J. S. Chen, R. L. Horan, D. L. Kaplan, and G. H. Altman,Tissue Eng.,11, 1887 (2005).
M. Lovett, C. Cannizzaro, L. Daheron, B. Messmer, G. Vunjak-Novakovic, and D. L. Kaplan,Biomaterials,28, 5271 (2007).
M. L. Lovett, C. M. Cannizzaro, G. Vunjak-Novakovic, and D. L. Kaplan,Biomaterials,29, 4650 (2008).
X. Zhang, C. B. Baughman, and D. L. Kaplan,Biomaterials,29, 2217 (2008).
B. D. Lawrence, J. K. Marchant, M. A. Pindrus, F. G. Omenetto, and D. L. Kaplan,Biomaterials,30, 1299 (2009).
A. J. Meinel, K. E. Kubow, E. Klotzsch, M. Garcia-Fuentes, M. L. Smith, V. Vogel, H. P. Merkle, and L. Meinel,Biomaterials,30, 3058 (2009).
C. S. Ki, J. W. Kim, J. H. Hyun, K. H. Lee, M. Hattori, D. K. Rah, and Y. H. Park,J. Appl. Polym. Sci.,106, 3922 (2007).
C. S. Ki, S. Y. Park, H. J. Kim, H. M. Jung, K. M. Woo, J. W. Lee, and Y. H. Park,Biotechnol. Lett.,30, 405 (2008).
H. S. Baek, Y. H. Park, C. S. Ki, J. C. Park, and D. K. Rah,Surf. Coat. Tech.,202, 5794 (2008).
J. E. Moreau, J. S. Chen, D. S. Bramono, V. Volloch, H. Chernoff, G. Vunjak-Novakovic, J. C. Richmond, D. L. Kaplan, and G. H. Altman,J. Orthop. Res.,23, 164 (2005).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Ki, C.S., Park, Y.H. & Jin, HJ. Silk protein as a fascinating biomedical polymer: Structural fundamentals and applications. Macromol. Res. 17, 935–942 (2009). https://doi.org/10.1007/BF03218639
Received:
Revised:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF03218639