团队成功研发出一种新的超强人造蚕丝制备方法,首次实现了将普通的蚕丝通过低成本技术转化为具有超高强度的人造蚕丝。这一创新技术为蚕丝的利用开启了新的篇章。相关成果已经发表在国际知名的材料学期刊《物质》上。
众所周知,天然蜘蛛牵引丝是自然界中强度最高的天然蛋白纤维,其强度甚至可以达到同质量钢的5到10倍。由于从自然界的蜘蛛中获取大量蛛丝的难度极大,目前市场上很少有与蛛丝性能相匹配的实际产品问世。尽管人类使用蚕丝有着悠久的历史,但相较于蛛丝,天然蚕丝的强度和韧性仍有待提高。学界一直在探索以蚕丝为基础,制造出更加坚韧的丝线。过去所研发的人造丝线大多性能不理想。
"丝素蛋白是从蚕丝中提取的高分子纤维蛋白。与容易降解的蛋白相比,完整的高分子量丝素蛋白分子链可以增强纤维的强度。"林志教授解释道。他和他的团队采用了独特的方法,利用十二烷基硫酸钠和碳酸钠来辅助溶解蚕丝外部的粘层。这种方法使蚕茧的脱胶率保持在约28%,同时得到的再生丝素蛋白分子量依然很大,从而保证了其机械性能。
在人工纺丝的过程中,研究人员将浓缩的再生丝素蛋白通过微管进行挤出,就如同挤牙膏一般。挤出的蛋白在含有锌离子和铁离子的溶液中迅速凝固,形成细长的纤维。经过适当的后处理,所得到的纤维直径与蜘蛛牵引丝相似,但其强度和硬度却显著优于天然牵引丝。这种人工蚕丝纤维的拉伸强度比天然蛛丝的平均强度高出70%以上,远超所有已知的天然微丝,为高性能人造蚕丝的应用开辟了新的可能性。