2023-03-10 09:20:36
我國(guó)養(yǎng)蠶繅絲的歷史悠久。蠶絲不僅能織成輕薄華美的絲綢，還具有很多其他優(yōu)質(zhì)的生物特性。但其強(qiáng)度和韌性的不足影響對(duì)蠶絲的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。近日，受蜘蛛卵鞘絲的人工紡絲啟發(fā)，天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院林志教授團(tuán)隊(duì)提出了高強(qiáng)度人造蠶絲制備的新方法。該團(tuán)隊(duì)利用脫膠試劑去除天然蠶絲中的粘性外層，結(jié)合金屬離子輔助增強(qiáng)的方法，得到了高強(qiáng)度人造蠶絲。
認(rèn)識(shí)蠶絲 生物特性優(yōu)異但強(qiáng)度不足
雖然天然蠶絲的生物特性優(yōu)異，但其平均抗拉強(qiáng)度卻不及自然界中機(jī)械性能最優(yōu)異的天然絲纖維——蜘蛛絲的一半，其他機(jī)械性能也遠(yuǎn)遜于蜘蛛絲，這限制了蠶絲的進(jìn)一步應(yīng)用。據(jù)了解，蜘蛛絲的拉伸強(qiáng)度是普通鋼的3倍—5倍。
蜘蛛具有很強(qiáng)的領(lǐng)地意識(shí)，攻擊性強(qiáng)且會(huì)同類相殘，因此人類很難通過(guò)類似養(yǎng)殖蠶的方法，大規(guī)模飼養(yǎng)蜘蛛來(lái)獲取天然蜘蛛絲。若能夠大規(guī)模地獲取高性能絲纖維并制備成具有相應(yīng)功能的材料，其應(yīng)用前景將極為廣闊?！叭绻芡ㄟ^(guò)人工紡絲的方式改造蠶絲、獲得性能顯著提升的人造蠶絲，將使工業(yè)制備廉價(jià)高強(qiáng)度絲纖維制品成為可能?！绷种菊f(shuō)。
家蠶擁有高效的絲蛋白表達(dá)系統(tǒng)和復(fù)雜精密的蛋白組裝成絲程序，生物特性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。且其大規(guī)模養(yǎng)殖歷史悠久，技術(shù)成熟，我國(guó)桑蠶農(nóng)業(yè)規(guī)模巨大，天然蠶絲及蠶絲蛋白來(lái)源極其廣泛，價(jià)格也相對(duì)低廉。因?yàn)樯鲜鲈颍Q絲成為了研究絲蛋白材料的理想模型。
改造蠶絲 使其堅(jiān)韌程度堪比蛛絲
人工紡絲的主要材料是對(duì)蠶繭處理后提取的絲素蛋白。此次研究中，林志教授團(tuán)隊(duì)使用了十二烷基硫酸鈉和碳酸鈉溶液輔助溶解蠶絲外部粘層的方法，使蠶繭的脫膠率達(dá)到了28%左右，并在保證脫膠的同時(shí)，盡可能維持絲素蛋白的高分子量。“使用這種降解程度輕微的高分子量再生絲素蛋白進(jìn)行人工紡絲，可以大幅提高人造絲的機(jī)械性能?！绷种緩?qiáng)調(diào)。
在人工紡絲時(shí)，受到蜘蛛卵鞘絲蛋白人工紡絲的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)使用基于鋅和鐵的金屬離子溶液作為紡絲凝固浴的溶液。團(tuán)隊(duì)將濃縮的再生絲素蛋白通過(guò)微管像擠牙膏一樣擠出。擠出的蛋白在含有鋅離子和鐵離子的溶液中迅速凝固，并形成細(xì)長(zhǎng)的纖維。團(tuán)隊(duì)對(duì)這些纖維再進(jìn)行了一系列處理，得到了物理性能優(yōu)異的高強(qiáng)度人造蠶絲。
林志表示，此次制備的高性能人造蠶絲的平均強(qiáng)度和硬度更高，其強(qiáng)度超過(guò)了天然蜘蛛牽引絲平均強(qiáng)度的70%，硬度也顯著高于目前已知的所有天然絲。
應(yīng)用蠶絲 或?qū)⒃诙囝I(lǐng)域帶來(lái)變革
隨著對(duì)以天然蠶絲為代表的天然絲相關(guān)研究的日益增多，天然絲已不再單純作為紡織這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的原材料，而是逐漸擴(kuò)展到醫(yī)藥工程、化妝品等多個(gè)領(lǐng)域。
此次研究制備的高強(qiáng)度人造蠶絲同樣具有較為廣泛的應(yīng)用前景?！案邚?qiáng)度人造蠶絲的潛在應(yīng)用領(lǐng)域可涵蓋紡織、食品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。高強(qiáng)度人造蠶絲可以被用來(lái)制造高強(qiáng)度服飾、食品保鮮薄膜、手術(shù)縫合線、創(chuàng)面敷料、醫(yī)用修復(fù)材料等。”林志說(shuō)。
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