天然蜘蛛絲是自然界中已知韌性最強的天然纖維，其強度可以與高強碳纖維以及芳綸等高性能纖維相媲美。優異的強度、韌性特點使得蜘蛛絲纖維在國防、軍事、建筑等領域具有廣闊應用前景。但是由于蜘蛛無法密集養殖，天然蛛絲的產量也很少，因此難以獲得大批量用于紡織品的蛛絲。

過去數十年里，研究者們都在探索開發一種易于生產且像蛛絲一樣堅韌、輕便、可生物降解的纖維，也有人提出將蛛絲的性能“轉移”到蠶絲上的設想。蠶絲平滑富有彈性，光澤性和吸濕性較高，是紡織品中常用的高檔原料，但相對于蛛絲而言，其強度和韌性都遠遠不夠。

近日，天津大學研究團隊通過一種特殊的化學浴去除了普通蠶絲中的外層絲膠和蠟質等，并結合金屬離子輔助增強的方法，得到了力學性能勝過蛛絲的超強蠶絲纖維。

此前，各地研究者就已經嘗試以蠶絲為出發點來制造更為堅韌的纖維，并報道過通過在化學浴中煮沸蠶絲來剝去其外層絲膠的試驗，但是在這個過程中，蠶絲中的蛋白質成分一旦受到太大破壞，就很難再被重新紡制成高性能產品。這項研究采用了一種在較低溫度下通過木瓜酶（RSF-Pa）或SDS和Na₂CO₃（RSF-SN）輔助溶解蠶絲外層的方法，該方法更為溫和，得到的絲線脫膠率均在28%左右，并且內部蛋白分子量仍較大（＞350 kDa），在一定程度上保證了其力學性能。

經過上述處理過程后，將RSF-SN和RSF-Pa浸入溴化鋰溶液中進行復性后，發現絲線可以高效組裝成水化動力半徑為20~30和200~300nm的大型復合物，并通過圓二色譜及剛果紅染色實驗協同證實這些蛋白之間形成了成β-堆積結構。但該特性也使得它們在純水中易于形成凝膠，因此研究者將所得絲線凍干后分散于六氟異丙二醇（HFIP）中，以便用于人工紡絲。

人工紡絲的具體過程為：將濃縮的RSF-SN或RSF-Pa通過微管擠出，并將擠出的材料迅速浸泡在含有鋅離子和鐵離子的溶液中，從而形成細長的纖維。由此得到的RSF-SN纖維展現出了極高的抗拉伸強度（（2054±177）MPa），比脫膠后的天然蠶絲（（610±84）MPa）和蛛絲（（1117±275）MPa）分別高出200%和70%以上，并且其平均楊氏模量為（43±6）GPa，顯著高于已知的天然微絲（＜20GPa）。人工蠶絲具備優異強韌性可能主要得益于以下方面：（1）β-折疊的含量在50%以上，接近于天然蛛絲；（2）具有高結晶度，內部含有類似天然蛛絲的納米微晶；（3）Zn2+結合氨基酸殘基起到類似交聯的作用。

這項研究為生產高性能人造纖維提供了一種高效便捷的途徑，并以“Arti?cial superstrong silkworm silk surpasses natural spider silks”為題發表在《Matter》上。

（來源：紡織導報官微）