|
《Nature》杂志于1869年由约瑟夫∙诺尔曼∙洛克耶爵士创办，每周刊登科学技术各个领域中具有独创性、重要性、以及跨学科的研究工作，同时也提供快速权威的、有见地的科学新闻，是全世界公认的最权威的学术期刊之一。来自全世界的科研工作者都以自己的研究成果能登上《Nature》为荣。那从事高分子科学领域研究的你们，是否知道中国人的第一篇高分子方向的《Nature》论文是何时发表的呢？ 2002年8月15日，《Nature》上刊登了由复旦大学高分子科学系邵正中教授关于蚕丝的研究成果，蚕丝简单拉一拉，强度可以媲美蛛丝！该研究成果以“Surprising strength of silkworm silk”为题，以简讯的形式发在《Nature》上，翻开了中国高分子科学研究在世界自然科学顶级期刊上全新的一页。在这篇简讯中，研究者首先指出，商用蚕丝的拉伸强度为0.5 GPa，断裂伸长率为15%，断裂能为62104 J∙kg-1，而蜘蛛丝的拉伸强度高达1.3 GPa, 断裂伸长率为40%，断裂能为162104 J∙kg-1。二者对比后，蚕丝的力学性能明显处于下风。通常，人们将该现象归因于蚕丝和蜘蛛丝蛋白的一级结构的差异，即组成蛋白的氨基酸的种类及序列分布的差异，该观点成为学术圈的主流观点，极大程度上抑制了蚕丝的发展与应用。长期以来，诸多研究者在思考同样一个问题，如何提升蚕丝的力学强度，使其尽量接近蜘蛛丝，成为一种高性能纤维材料。邵正中教授及其合作者在考察蚕吐丝成茧的过程后，指出蚕茧是由移动的蚕纺成，蚕头部的加速减速将会影响纺出蚕丝的质量，一般地，蚕以更快速度纺丝将产生更坚硬，更脆的蚕丝，反之，则强度较低，容易拉伸。因此，在二次纺丝过程中，可通过调节纺丝速度来调节蚕丝制品的力学性能。如图1所示，研究者分别以4、13、20、27 mm∙s-1的速度纺丝，以4 mm∙s-1慢速纺丝得到的制品与蜘蛛丝的断裂伸长率相当，分别为37%和35%，以13 mm∙s-1 快速纺丝的制品断裂能为122104 J∙kg-1，同样接近蜘蛛丝的相关性质，显然，可以通过制备工艺获得与实际需求相符的蚕丝制品。显然，该研究工作揭示了对于蚕丝等一类结构蛋白质，其力学性能不仅仅取决于蛋白质的一级结构，其分子链的聚集过程以及纺丝工艺也许更为重要。然而，单纯通过纺丝工艺得到综合性能与蜘蛛丝媲美的蚕丝仍是一个巨大挑战，需从源头上调控桑蚕的吐丝条件。此外，该类高性能蚕丝制品也存在巨大商机，有待科研工作者进一步探寻。
|
