最先进的蚕丝机械制造(借鉴蜘蛛，造出强韧蚕丝)

本报记者陈曦通讯员焦德芳

目前我们的研究还只限于实验室小规模制备高强度人造蚕丝。我们正在进一步设计、改进自动纺丝工艺，提高良品率，以进一步降低高强度人造蚕丝的生产成本。同时，我们也正在研发第二代高强度人造蚕丝，以进一步提高蚕丝的各项机械性能。

林志天津大学生命科学学院教授

我国养蚕缫丝的历史悠久。蚕丝不仅能织成轻薄华美的丝绸，还具有很多其他优质的生物特性。但其强度和韧性的不足影响对蚕丝的进一步开发利用。

近日，受蜘蛛卵鞘丝的人工纺丝启发，天津大学生命科学学院林志教授团队提出了高强度人造蚕丝制备的新方法。团队利用脱胶试剂去除天然蚕丝中的粘性外层，结合金属离子辅助增强的方法，得到了高强度人造蚕丝。相关成果近日发表于材料学期刊《物质》。

认识蚕丝，生物特性优异但强度不足

“老蚕欲作茧，吐丝净娟娟”“春蚕吐尽一生丝”……古往今来，作为“吐丝神器”的家蚕被人类广为称颂。家蚕吐出来的丝叫作天然蚕丝，本质上是蚕的丝腺体产生的丝纤维。家蚕有两个对称的丝腺体，它们分别产生的两根丝纤维在丝胶蛋白的包裹、粘合作用下形成双根丝——茧丝。茧丝在丝胶蛋白的粘合作用下会形成蚕茧。

天然蚕丝具有复杂精密的层级结构。林志介绍，家蚕丝腺体产生的每根丝纤维由数根原纤维构成。每根原纤维由约1000根直径纳米微纤维构成。天然蚕丝的平均抗拉强度介于400兆帕—600兆帕之间，是一种具有较好机械性能的轻质生物材料。同时，蚕丝也具有良好的生物相容性、抗静电性和生物可降解性。

虽然天然蚕丝的生物特性优异，但其平均抗拉强度却不及自然界中机械性能最优异的天然丝纤维——蜘蛛丝的一半，其他机械性能也远逊于蜘蛛丝，这限制了蚕丝的进一步应用。据了解，蜘蛛丝的拉伸强度是普通钢的3倍—5倍，总体韧度是凯夫拉这种通常被用来制造防弹衣的材料的5倍。

蜘蛛具有很强的领地意识，攻击性强且会同类相残，因此人类很难通过类似养殖蚕的方法，大规模饲养蜘蛛来获取天然蜘蛛丝。人造蛛丝研究中所用的蛛丝蛋白几乎都是重组蛛丝蛋白。人们难以通过人工方式利用低分子量重组蛛丝蛋白纺出高强度人造丝，必须利用高分子量重组蛛丝蛋白。然而，高分子量重组蛛丝蛋白的高效获取依然存在蛋白表达量低、样品易降解、制备成本高昂等障碍，且纺丝所用的高毒性有机凝固浴难以被用于人造高性能蛛丝的大规模生产。因此，目前人造高性能蜘蛛丝尚不具备实用价值。

若能够大规模地获取高性能丝纤维并制备成具有相应功能的材料，其应用前景将极为广阔。“如果能通过人工纺丝的方式改造蚕丝、获得性能显著提升的人造蚕丝，将使工业制备廉价高强度丝纤维制品成为可能。”林志说。

家蚕拥有高效的丝蛋白表达系统和复杂精密的蛋白组装成丝程序，生物特性方面具有一定的优势。且其大规模养殖历史悠久，技术成熟，我国桑蚕农业规模巨大，天然蚕丝及蚕丝蛋白