蜘蛛絲的案例
科學(xué)家利用蜘蛛絲制造服裝和醫(yī)療設(shè)備
Spiber公司希望，這些合成絲能被紡成防寒大衣和座椅面料
對(duì)于蜘蛛絲的吹捧自18世紀(jì)10年代便開始了。當(dāng)時(shí)，位于蒙彼利埃的法國皇家科學(xué)學(xué)會(huì)主席Fran?ois Xavier Bon de Saint Hilaire在給同事的信中寫道：“你將非常吃驚地聽到，蜘蛛產(chǎn)生的絲和普通絲綢一樣美麗、結(jié)實(shí)和光滑。”現(xiàn)代的吹捧則宣稱，蜘蛛絲的強(qiáng)韌程度是鋼鐵的5倍，但仍然比橡膠靈活。如果它能被制成繩子，那么一張大尺度的網(wǎng)將能套住一架噴氣客機(jī)。
關(guān)鍵詞是“如果”。研究人員在1990年首次克龍出蜘蛛絲基因，以期將其植入其他生物體來生產(chǎn)絲。蜘蛛無法像蠶一樣被養(yǎng)殖，因?yàn)樗鼈兙哂械乇P性，并且會(huì)同類相食。如今，大腸桿菌、酵母菌、植物、蠶甚至山羊都能通過基因改造大量產(chǎn)出蜘蛛絲蛋白，盡管這些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更簡單。公司已成功地將這些蛋白轉(zhuǎn)入強(qiáng)韌程度足夠高的線中，從而產(chǎn)生一些服裝原型，包括阿迪達(dá)斯公司的跑鞋和北臉公司的輕便大衣。不過，迄今為止，公司仍在為大規(guī)模生產(chǎn)此類服裝努力。
一些管理人員表示，他們最終可能會(huì)改變策略。位于美國加州愛莫利維爾的初創(chuàng)公司Bolt Threads表示，其已經(jīng)完善了在酵母菌中生長蜘蛛絲蛋白的方法并且每年有望產(chǎn)出數(shù)噸蜘蛛絲線。在密歇根州蘭辛市，Kraig Biocraft實(shí)驗(yàn)室表示，其僅需要同越南的養(yǎng)蠶場(chǎng)進(jìn)行最終談判，便能制造出大量的蜘蛛絲和蠶絲混合物。目前，美國軍方正在測(cè)試將其用于彈道學(xué)保護(hù)。“自上世紀(jì)90年代起，該領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展。而當(dāng)時(shí)，無論是在功能規(guī)模，還是商業(yè)規(guī)模上，大規(guī)模產(chǎn)出蜘蛛絲似乎都是遙不可及的。”瑞典皇家理工學(xué)院生物化學(xué)家My Hedhammar表示。
然而，很多生物技術(shù)和研究觀察者對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)蜘蛛絲繩子和纖維的前景持謹(jǐn)慎態(tài)度。“目前，該領(lǐng)域尚未進(jìn)展到這一步。”
展開 超高強(qiáng)度人造蜘蛛絲將于明年問世 可用于飛機(jī)制造
據(jù)外媒Fastcompany消息，人造蜘蛛絲這種創(chuàng)新材料由于重量輕、強(qiáng)度高，而且具有可持續(xù)性等特性，已經(jīng)開始被期望應(yīng)用于航空工業(yè)中。
航空工業(yè)對(duì)環(huán)境而言無疑是一場(chǎng)災(zāi)難。目前，航空業(yè)的二氧化碳排放量占全球的2%以上。紐約和加利福尼亞之間的單次飛行所產(chǎn)生的排放量約為一輛汽車一年排放量的20%。
目前，航空旅游以每年6%的速度增長，所以，即便多年來飛機(jī)設(shè)計(jì)師在飛機(jī)效能改善方面取得一些進(jìn)步，但也難抵航空運(yùn)輸需求的迅猛增長。
然而，我們也看到飛機(jī)效能改進(jìn)方面還有進(jìn)步空間。自2011年以來，商業(yè)航空公司一直在嘗試使用生物燃料減少排放，也已開始在飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼上使用碳纖維復(fù)合材料等輕質(zhì)材料替代金屬和鋼鐵材料。碳纖維可以說是可持續(xù)發(fā)展的功臣，它的高強(qiáng)度和輕重量使其利用起來更加高效，而且耗能更少。但碳纖維的生產(chǎn)是能源密集型的，而且難以回收利用。
所以，人們開始尋找一種更具可持續(xù)性且同樣輕便的材料，可將其用于飛機(jī)的制造。而空客公司則找到了一個(gè)神奇的解決方案：合成蜘蛛絲。
據(jù)悉，空客已與德國制造商AMSilk建立了合作。AMSilk據(jù)稱是第一家合成蜘蛛絲生物聚合物的工業(yè)供應(yīng)商，該公司通過實(shí)驗(yàn)制造出了生物鋼鐵(Biosteel)，目的是模仿蜘蛛絲的柔韌性以及不可思議的強(qiáng)度。生產(chǎn)生物鋼鐵的閉環(huán)細(xì)菌發(fā)酵過程既不需要化石燃料，也不需要高溫，既節(jié)能又可持續(xù)。
AMSilk公司首席執(zhí)行官延斯·克萊因(Jens Klein)表示，AMSilk將與空客密切合作，推出一種由生物鋼纖維和樹脂制成的復(fù)合材料，他們希望該產(chǎn)品能于2019年亮相。
據(jù)了解，該公司生產(chǎn)的生物鋼鐵曾用于制作一款可降解的阿迪達(dá)斯運(yùn)動(dòng)鞋。隨后，生物鋼鐵在過去幾年里也引發(fā)了熱議。
展開 Nature子刊：伸長率1200%，中國科大制備出仿蜘蛛絲高性能纖維！
蜘蛛絲具有多層次的有序結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。受蜘蛛絲的有序結(jié)構(gòu)和紡絲方法的啟發(fā)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控導(dǎo)電水凝膠中高分子鏈的排列和取向、制備出高性能導(dǎo)電水凝膠纖維的目標(biāo)：在室溫下由聚丙烯酸鈉（PAAS）溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過涂覆聚丙烯酸甲酯（PMA）防水層，形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的PMA-PAAS水凝膠纖維（MAPAH纖維）。
中國科大成功制備仿蜘蛛絲結(jié)構(gòu)的高性能導(dǎo)電水凝膠纖維
在MAPAH纖維中，PAAS結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)共存并且可以快速可逆互變，使MAPAH纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能、導(dǎo)電性能以及抗凍性能。MAPAH纖維具有高拉伸強(qiáng)度（5.6 MPa）和大斷裂伸長率（1200％），并且可以在大幅度拉伸后快速回復(fù)。PAAS水凝膠作為導(dǎo)電芯（電導(dǎo)率為2 S m-1），PMA層作為防水和絕緣涂層，使MAPAH纖維可以作為具有高可拉伸性的彈性導(dǎo)線。MAPAH纖維在-35℃也能保持其可拉伸性和導(dǎo)電性，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗凍性能。作為一種高性能和低成本的彈性可拉伸導(dǎo)電水凝膠纖維，MAPAH纖維將可用于開發(fā)基于紡織材料的可拉伸電子器件。
該成果發(fā)表在《自然-通訊》上，碩士畢業(yè)生趙雪和二年級(jí)博士生陳芳是文章的共同第一作者。該項(xiàng)研究工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金的資助。（來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
論文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05904-z
展開 十大最具特色的材料！
蜘蛛絲的強(qiáng)度是普通鋼鐵的5倍以上，馬達(dá)加斯加BARK蜘蛛絲的強(qiáng)度更是達(dá)到普通鋼鐵的十倍。
蜘蛛絲的彈性勝于橡皮圈，蜘蛛絲的彈性使得它可以吸收三倍于Kevlar材料的能量(Kevlar材料是彈性比最強(qiáng)的材料之一)。
如果讓蜘蛛產(chǎn)絲的話，量肯定很小。但是2010年，Wyoming大學(xué)將蜘蛛絲基因植入山羊體內(nèi)，成功得到蜘蛛山羊。利用苜蓿的易種植性能，還有科學(xué)家將蜘蛛絲基因植入苜蓿，其蜘蛛絲的蛋白質(zhì)含量高達(dá)20-25%。
1999年，RAJAMANGALA研究所的人員使用16層蜘蛛絲可以抵抗9毫米口徑的來復(fù)木倉。蜘蛛絲作為未來的超級(jí)材料也是指日可待的。
姓名：蜘蛛絲
特性：高強(qiáng)度、高彈性。
組成：蜘蛛絲由提供強(qiáng)度的蛋白質(zhì)鏈和提供靈活性的非連接區(qū)域組成。
來源：利用轉(zhuǎn)基因植物或者動(dòng)物，產(chǎn)出比蜘蛛更多的蜘蛛絲。
應(yīng)用領(lǐng)域：防彈衣、水下粘結(jié)材料、人造皮膚、安全氣囊材料、醫(yī)療、軍事、建筑等領(lǐng)域。
入選理由：蜘蛛絲看似柔弱，完整一張網(wǎng)，輕輕一拂，便七零八落。這柔弱后面的堅(jiān)強(qiáng)，堅(jiān)強(qiáng)背后的心性是最值得我們期待的地方。
展開 
中國制造之防彈材料
人造蜘蛛絲
蜘蛛絲的彈性和柔韌性都很好，耐沖擊性強(qiáng)，耐低溫性能好，在-40℃的條件下仍能保持其彈性，是制作防彈衣的立項(xiàng)材料。而且，蜘蛛絲是由蛋白質(zhì)組成，因而是生物可降解的，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
遺憾的是，經(jīng)過漫長的探索，到現(xiàn)在仍無法大量生產(chǎn)人造蜘蛛絲，且人造蜘蛛絲的強(qiáng)度只能達(dá)到天然蜘蛛絲的1/3，還無法達(dá)到防彈纖維的要求。但由于蛛絲這種蛋白纖維具有合成纖維一些不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此美國軍方組織仍然在投入經(jīng)費(fèi)持續(xù)這種材料的開發(fā)。
八目鰻粘液
八目鰻的防御性粘液主要包括兩個(gè)組成部分，線狀蛋白和黏蛋白。線狀蛋白的長度為15厘米，在與海水混合后會(huì)膨脹，產(chǎn)生大量透明黏液，其中包含著大量非常薄但具有極強(qiáng)韌性和伸縮性的纖維。
現(xiàn)在，美國海軍的一組科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種方法來合成八目鰻粘液，旨在為軍隊(duì)提供一種有價(jià)值的新材料，有望能擊退鯊魚或提供彈道防護(hù)。
總體來說，防彈材料的開發(fā)在朝著舒適輕量、全方位防護(hù)和仿生化的方向快速發(fā)展。新材料的不斷出現(xiàn)，為防彈材料的開發(fā)提供了越來越多的可能，不同的新材料，也總有最適合的應(yīng)用形式和場(chǎng)所。
展開 全世界70%防彈衣是"中國制造"！這些防彈材料你都知道嗎？
人造蜘蛛絲
蜘蛛絲的彈性和柔韌性都很好，耐沖擊性強(qiáng)，耐低溫性能好，在-40℃的條件下仍能保持其彈性，是制作防彈衣的立項(xiàng)材料。而且，蜘蛛絲是由蛋白質(zhì)組成，因而是生物可降解的，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
遺憾的是，經(jīng)過漫長的探索，到現(xiàn)在仍無法大量生產(chǎn)人造蜘蛛絲，且人造蜘蛛絲的強(qiáng)度只能達(dá)到天然蜘蛛絲的1/3，還無法達(dá)到防彈纖維的要求。但由于蛛絲這種蛋白纖維具有合成纖維一些不具備的優(yōu)點(diǎn)，因此美國軍方組織仍然在投入經(jīng)費(fèi)持續(xù)這種材料的開發(fā)。
八目鰻粘液
八目鰻的防御性粘液主要包括兩個(gè)組成部分，線狀蛋白和黏蛋白。線狀蛋白的長度為15厘米，在與海水混合后會(huì)膨脹，產(chǎn)生大量透明黏液，其中包含著大量非常薄但具有極強(qiáng)韌性和伸縮性的纖維。
現(xiàn)在，美國海軍的一組科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種方法來合成八目鰻粘液，旨在為軍隊(duì)提供一種有價(jià)值的新材料，有望能擊退鯊魚或提供彈道防護(hù)。
總體來說，防彈材料的開發(fā)在朝著舒適輕量、全方位防護(hù)和仿生化的方向快速發(fā)展。新材料的不斷出現(xiàn)，為防彈材料的開發(fā)提供了越來越多的可能，不同的新材料，也總有最適合的應(yīng)用形式和場(chǎng)所。
但是，小編衷心地希望，這世界上的戰(zhàn)爭越來越少，防彈衣不是用來抵擋同類的傷害，而是在將來的某一天，抵御來自地球外生物的入侵和攻擊。
大理石表面涂層樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=nmsz
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人造蜘蛛絲
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八目鰻粘液
八目鰻的防御性粘液主要包括兩個(gè)組成部分，線狀蛋白和黏蛋白。線狀蛋白的長度為15厘米，在與海水混合后會(huì)膨脹，產(chǎn)生大量透明黏液，其中包含著大量非常薄但具有極強(qiáng)韌性和伸縮性的纖維。
現(xiàn)在，美國海軍的一組科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了一種方法來合成八目鰻粘液，旨在為軍隊(duì)提供一種有價(jià)值的新材料，有望能擊退鯊魚或提供彈道防護(hù)。
總體來說，防彈材料的開發(fā)在朝著舒適輕量、全方位防護(hù)和仿生化的方向快速發(fā)展。新材料的不斷出現(xiàn)，為防彈材料的開發(fā)提供了越來越多的可能，不同的新材料，也總有最適合的應(yīng)用形式和場(chǎng)所。
但是，小編衷心地希望，這世界上的戰(zhàn)爭越來越少，防彈衣不是用來抵擋同類的傷害，而是在將來的某一天，抵御來自地球外生物的入侵和攻擊。
碳纖維布https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2767
展開 吃了石墨烯，吐出超強(qiáng)絲
在此之前的蜘蛛絲要么就是純天然的，要么就是人工合成的，現(xiàn)在，又多了一種分類，那就是蜘蛛自己紡的仿生蛛絲，是不是不太明白？其實(shí)就是蜘蛛吃了石墨烯或納米管之后紡出的超強(qiáng)絲。讓我們一探究竟吧！
天然蛛絲本身已經(jīng)非常強(qiáng)韌，再加上科學(xué)家們也已經(jīng)開發(fā)出了很多合成版本。但是現(xiàn)在，來自意大利和英國的研究人員打破了這兩種區(qū)分方式——他們創(chuàng)造的這種蛛絲仍然來自蜘蛛，但其中添加了一些人造成分，以賦予其更高的強(qiáng)度。
在意大利特倫多大學(xué)的Nicola Pugno教授的領(lǐng)導(dǎo)下，該研究團(tuán)隊(duì)分別向三種不同的蜘蛛喂食了一種特別的水。是什么讓它特別呢？——分散在其中的是石墨烯的微觀薄片或碳納米管（由卷繞的石墨烯片制成）。石墨烯采用碳原子相連而成的單原子厚的薄片形式，是目前世界上最強(qiáng)的材料。
當(dāng)這些蜘蛛所吐的絲聚集起來時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)石墨烯/納米管已經(jīng)進(jìn)入到了這些纖維。而且，其拉伸強(qiáng)度和韌性遠(yuǎn)高于常規(guī)蜘蛛絲。
Pugno說：“我們發(fā)現(xiàn)，最強(qiáng)的蛛絲具有高達(dá)5.4千兆帕（GPa）的斷裂強(qiáng)度，以及高達(dá)1,570焦耳/克（J / g）的韌性模量。相比之下，普通蛛絲的斷裂強(qiáng)度約為1.5GPa，韌性模量約為150J / g。”
“這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的韌性最高的纖維，且其強(qiáng)度與最強(qiáng)的碳纖維相當(dāng)，”他補(bǔ)充道，“這些還是早期的，但是我們的結(jié)果為利用自然的蜘蛛紡絲過程來生產(chǎn)增強(qiáng)的仿生絲纖維提供了道路，從而進(jìn)一步改善了這種最有希望的強(qiáng)韌材料之一。”
這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在期刊2D Materials上。
展開 蘇黎世理工使用FDM 3D打印機(jī)和液晶聚合物打印輕質(zhì)結(jié)構(gòu)方法
研究人員的靈感來自于自然界中可以找到的兩種材料： 蜘蛛絲和木材。蜘蛛絲通過絲蛋白沿纖維方向的高度分子排列獲得其無與倫比的機(jī)械性能。通過使用液晶聚合物（LCP）作為FDM原料，研究人員能夠再現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。此外，通過根據(jù)環(huán)境施加的特定負(fù)載條件定制印刷路徑的局部取向來利用各向異性纖維性質(zhì)。這種設(shè)計(jì)原理的靈感來自于木材等生活組織在沿著生長和適應(yīng)環(huán)境的整個(gè)負(fù)載結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力線排列纖維的能力。
3D打印的樣本，印刷線跟隨應(yīng)力線和木結(jié)表示的生物靈感
由此產(chǎn)生的3D打印LCP結(jié)構(gòu)展示了分層結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的幾何形狀和前所未有的剛度和韌性。研究人員表示，事實(shí)上，它們比最先進(jìn)的3D打印聚合物更強(qiáng)大。 “將3D打印的自上而下的成型自由與自下而上的分子控制結(jié)合在聚合物取向上的能力開啟了自由設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可能性，而不受當(dāng)前制造工藝的典型限制。”
3D打印LCP層壓板和零件的機(jī)械性能和復(fù)雜幾何形狀
該技術(shù)有望成為需要高性能輕質(zhì)材料的若干結(jié)構(gòu)，生物醫(yī)學(xué)和能量收集應(yīng)用的改變者。由于這項(xiàng)研究是使用現(xiàn)成的聚合物和商用臺(tái)式打印機(jī)進(jìn)行的，研究人員希望更廣泛的增材制造和開源社區(qū)能夠采用這種新材料并進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，并制造出來自LCP的強(qiáng)大而復(fù)雜的輕質(zhì)物體。
（來自：中國3D打印網(wǎng)）
展開 南開大學(xué)孫平川《ACS Macro Letters》生物啟發(fā)的聚氨酯，具有帶有協(xié)同動(dòng)態(tài)鍵的多功能嵌段模塊
【科研摘要】
大自然采用了一種引人入勝的策略來制造高性能的生物材料，例如蜘蛛絲，它通過分層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出無與倫比的剛度，拉伸強(qiáng)度和韌性組合。
然而，制造具有這種優(yōu)異性能的合成聚合物仍然是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。
受到蜘蛛絲中多嵌段骨架和致密氫鍵結(jié)合以及貽貝貽貝中微妙的鐵
-兒茶酸配合物的整合的啟發(fā)，
南開大學(xué)
孫平川教授
團(tuán)隊(duì)
提出了一種具有多功能嵌段模塊的新型分子設(shè)計(jì)，以獲得具有優(yōu)異機(jī)械性能，自生性的聚合物材料。修復(fù)能力和可再加工性。
通過將可逆鐵-鄰苯二酚（DOPA-Fe
3+
）交聯(lián)和帶有2-脲基-4- [1H]-嘧啶酮（UPy）二聚體作為多功能嵌段的四重H鍵引
入帶有氨基甲酸酯嵌段和半結(jié)晶聚己內(nèi)酯（
PCL）嵌段
的分段聚氨酯骨架中來實(shí)現(xiàn)。
這兩種類型的動(dòng)態(tài)交聯(lián)結(jié)充當(dāng)犧牲鍵，可在外部應(yīng)力負(fù)荷下有效地耗散能量，使雙重物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有更高的韌性和斷裂伸長率。
TOC
.
此外，DOPA-Fe
3+
配合物可以增加PCL的結(jié)晶，從而顯著提高楊氏模量和拉伸強(qiáng)度。固態(tài)NMR揭示了UPy二聚體中四重H鍵的形成以及DOPA-Fe
3+
絡(luò)合物的存在，這限制了流動(dòng)相的遷移性并增強(qiáng)了PCL域的結(jié)晶度。這項(xiàng)工作為開發(fā)具有自我修復(fù)和可再加工特性的生物啟發(fā)材料提供了一種可行的方法，此外還兼顧了剛度和韌性的增強(qiáng)。
相關(guān)論文以題為
Bioinspired Polyurethane Using Multifunctional Block Modules with Synergistic Dynamic Bonds
發(fā)表在《
ACS
Macro Letters
》上。
展開 安徽農(nóng)大突破現(xiàn)有彈性體材料的強(qiáng)度極限！
汪鐘凱、宋凌志及其合作者發(fā)現(xiàn)1,3-二氨基-2-異丙醇可以將蓖麻油衍生物高效轉(zhuǎn)化為多種酰胺類單體，通過“巰基-烯烴”點(diǎn)擊聚合制備功能性聚酰胺，進(jìn)一步調(diào)節(jié)分子組成實(shí)現(xiàn)對(duì)功能性聚酰胺熱力學(xué)性能、結(jié)晶性能、超分子微結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能的精確控制，再利用循環(huán)拉伸處理使其內(nèi)部納米晶體實(shí)現(xiàn)類似于蜘蛛絲的仿生取向結(jié)構(gòu)，最終獲得抗拉強(qiáng)度超過200兆帕的具有超高機(jī)械強(qiáng)度的彈性體，還可以展現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)。
該成果突破了人類現(xiàn)有彈性體材料的強(qiáng)度極限，為挑戰(zhàn)蜘蛛絲仿生材料這一世界性課題奠定了基礎(chǔ)。
汪鐘凱是學(xué)校2016年8月引進(jìn)的高層次人才，主要從事基于農(nóng)林生物質(zhì)的高分子新材料領(lǐng)域研究，2018年通過與美國南卡羅來納大學(xué)合作，組建了生物質(zhì)分子工程中心。入職以來，汪鐘凱以安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為第（唯）一單位，以第一或通訊作者發(fā)表SCI論文11篇，其中影響因子大于10的論文2篇，申請(qǐng)多項(xiàng)科研項(xiàng)目并被立項(xiàng)，包括國家自然科學(xué)基金青年基金、面上項(xiàng)目和安徽省杰出青年科學(xué)基金。
來源：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
展開 
《ACS Nano》東華大學(xué)張耀鵬、吳榮亮：迄今最薄的“納米絲帶”
近日，國際著名期刊《ACS Nano》以全文形式報(bào)道了東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張耀鵬教授、邵惠麗教授團(tuán)隊(duì)在蠶絲領(lǐng)域的重要研究成果，論文題為“單分子層厚度的納米絲帶：絲材料的潛在構(gòu)筑基元”（Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential BasicBuilding Block of Silk Materials）。該論文第一作者為博士生牛欠欠，共同通訊作者為東華大學(xué)吳榮亮副教授、紐約州立大學(xué)石溪分校Benjamin S. Hsiao教授。
蠶絲和蜘蛛絲的優(yōu)異性能取決于其多級(jí)結(jié)構(gòu)在介觀尺度的有序排列。作為蠶絲多級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)筑單元，絲素納米纖維對(duì)人造蜘蛛絲等高性能絲蛋白材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑尤其重要。張耀鵬教授團(tuán)隊(duì)利用氫氧化鈉/尿素水溶液體系，在低溫下將蠶絲逐級(jí)剝離為厚度約0.4納米、寬度約27納米的蠶絲納米纖維帶。這也是目前為止世界最薄的絲素納米纖維帶，其厚度僅為絲素蛋白的單分子層厚度，與單層石墨烯厚度相當(dāng)。該納米纖維帶主要由天然蠶絲中原生的β-折疊片層、無規(guī)線團(tuán)以及α-螺旋構(gòu)象構(gòu)成。研究者通過原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡及小角X射線散射技術(shù)等多種表征技術(shù)確認(rèn)了上述信息，并通過計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，模擬了蠶絲在氫氧化鈉/尿素水溶液中剝離為絲素納米纖維的動(dòng)態(tài)過程。在此基礎(chǔ)上，提出了全新的蠶絲多級(jí)結(jié)構(gòu)模型。
蠶絲多級(jí)結(jié)構(gòu)模型圖
基于絲素納米纖維帶懸浮液，該團(tuán)隊(duì)制備了超薄、超韌、高透明的絲素納米纖維薄膜。絲素納米纖維帶通過自組裝或者有序構(gòu)建，可用作增強(qiáng)成分或者直接構(gòu)建單元，有望制備性能優(yōu)異或功能性的絲素蛋白基材料，比如骨組織工程支架、手術(shù)縫合線、超薄柔性自支撐透明膜等，有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、生物電子接口、過濾、光學(xué)、成像等領(lǐng)域。
展開 江雷院士、陳華偉教授《自然·材料》：液體超高速傳輸新原理
通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)瓶子草絨毛通過收集空氣中的潮濕水氣來維持表面的濕滑特性，其集水傳輸速度比現(xiàn)有的仙人掌刺、蜘蛛絲提高了三個(gè)量級(jí)。
圖2 液滴高速傳輸過程
研究團(tuán)隊(duì)深入分析了絨毛的表面微觀結(jié)構(gòu)特征，首次發(fā)現(xiàn)了特殊的高低棱多級(jí)微納溝槽結(jié)構(gòu)，即相鄰高棱間分布3~5個(gè)低棱（圖1）。在此高低棱多級(jí)微納溝槽結(jié)構(gòu)上，液體在表面干濕狀態(tài)下會(huì)相繼出現(xiàn)兩種不同的輸送模式。當(dāng)多級(jí)微納表面結(jié)構(gòu)處于干燥狀態(tài)時(shí)，液體傳輸主要依靠固-液接觸產(chǎn)生的毛細(xì)力，此時(shí)液體傳輸模式與仙人掌刺、蜘蛛絲相類似，表現(xiàn)為大液滴移動(dòng)方式，即傳輸模式I（圖2a-c）。由于高低棱溝槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的毛細(xì)力呈梯度分布，傳輸模式I下的液體傳輸速度也不盡相同，呈現(xiàn)出快、慢速度梯度。而當(dāng)高低棱溝槽結(jié)構(gòu)潤濕后，一層穩(wěn)定的水膜會(huì)維持在表面上，降低三相接觸線，避免后續(xù)液體與絨毛固體表面直接接觸，液體傳輸動(dòng)力就變?yōu)橐?液接觸的超滑毛細(xì)力，顯著降低后續(xù)液體傳輸阻力，加速了后續(xù)的液體傳輸，即傳輸模式II（圖2d-f）。研究團(tuán)隊(duì)還通過光刻技術(shù)制造出相應(yīng)的仿生微納結(jié)構(gòu)（圖3），驗(yàn)證了微納高低棱結(jié)構(gòu)的高速液體傳輸性能，并基于Lucas-Washburn原理、Onsager原理與邊界滑移理論分別建立了兩種傳輸模式的理論模型。進(jìn)一步揭示了高低棱多級(jí)微納結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)超高速傳輸?shù)挠绊懸?guī)律，提出超高速輸送高低棱結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。研究成果可應(yīng)用于微流體芯片、高效散熱結(jié)構(gòu)、液體收集與海水淡化裝置等亟需高速液體收集與傳輸?shù)念I(lǐng)域。
圖3 液體超高速輸送仿生結(jié)構(gòu)
該研究得到了國家自然科學(xué)基金杰青項(xiàng)目（51725501）、重點(diǎn)項(xiàng)目（21431009）等的資助。
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https://www.nature.com/articles/s41563-018-0171-9 來源：北京航空航天大學(xué)
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論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202101005
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高分子科技原創(chuàng)文章。
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圍繞動(dòng)物絲蛋白材料方向，主要開展蜘蛛絲和蠶絲的仿生紡絲、喂食法規(guī)模化制備功能蠶絲、基于絲素蛋白的生物醫(yī)用材料三個(gè)方面的研究。先后承擔(dān)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金（7項(xiàng)，其中主持4項(xiàng)）、上海市教委科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目等項(xiàng)目20余項(xiàng)。曾獲上海市、教育部等省部級(jí)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，2018年香港桑麻紡織科技二等獎(jiǎng)，發(fā)表SCI論文60余篇，申請(qǐng)專利43項(xiàng)，授權(quán)29項(xiàng)，參編專著2部。2011年發(fā)明了再生絲素蛋白的干法紡絲方法。添食育蠶法制備多功能高強(qiáng)度蠶絲的工作2015年被美國化學(xué)與工程新聞（C&EN）等多家國際媒體報(bào)道。兼任中國材料研究學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)常務(wù)理事、中國材料研究學(xué)會(huì)高分子材料與工程分會(huì) (副秘書長)。
來源：材料人
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