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《ACS Nano》丝蛋白+纳米纤维素=史上最强人造蜘蛛

 

大自然的造化,通过使用简单的组分,巧妙的设计制造出多功能的材料。蜘蛛丝和纤维素是自然界中的两个典型。蜘蛛丝具有很高的延展性,而纤维素具有无比的强度和硬度。但是丝蛋白来源于蜘蛛,无法大规模生产,通过细胞重组的方式生产丝蛋白的成本又太高。来自瑞典皇家理工学院Daniel Söderberg课题组使用少量功能化的重组丝蛋白结合的纳米纤维素(CNFs)制造出各向异性的多层级结构的材料。相关工作以《Ultrastrong and Bioactive Nanostructured BioBased Composites》发表在《ACS Nano》杂志上。

▲ 90%的CNF和10%的丝蛋白混合物制备各向异性纤维,在本工作中采用双流聚焦制备纤维,挤出的凝胶线材,在水浴中收集,之后干燥。

 

KTH研究员Hedhammar:“相比之下,纳米纤维素便宜且可持续。“将蜘蛛丝蛋白加入到分散的纤维素纳米原纤维中,由于两种组分之间存在相互作用,可制备出性能优异的复合材料。”Söderberg:“该技术利用流体动力学可在纳米尺度上将纤维的内部结构重排。当纳米纤维素在宏观材料中达到可控排列的效果时,我们就可以制备出高性能的材料该材料刚度达到55GPa,断裂强度达到1015MPa,韧性达到55MJ·M-3。”在纤维素中加入少量的蜘蛛丝蛋白制造出了具有优异性能的生物功能材料。

 

Söderberg:“利用该材料制造的长丝材料可用作人体韧带的构件。”研究人员使用了“重组丝蛋白”来制备蜘蛛丝材料。Hedhammar:“研究员未使用蜘蛛作为宿主,而是将蜘蛛丝蛋白的基因编码植入到其他各类细胞中,以此赋予其所期望得到的各种功能。她说:“接着我们将这种融合基因移植到一个简单,容易培养的细菌中,最后可得到纯化处理过的功能化的丝蛋白。

▲ 蜘蛛丝与木材纳米纤维丝的混合丝

这项工作利用了自然界中大量存在的木质素,结合少量的丝蛋白,制造出了高性能的人造蜘蛛丝,这意味着我们可以不依赖于石化资源,制备高性能材料,这颇令人振奋。

参考文献链接:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02305

 

来源:高分子科学前沿

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