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从成核到结构再到性能的“新丝路”

    桑蚕丝起源于新石器时代的中国。栽桑养蚕并制丝织绸是我国古代对世界物质文明和精神文明的一项重大贡献。东起敦煌,西出玉门关,途径新疆并连接中亚西亚的一条横贯东西的通道,就是后世闻名的“丝绸之路”。如今,科技飞速发展让传统蚕丝制品焕发出了新的活力,其已广泛应用于医用材料、柔性器件、生物分析等领域。近日,厦门大学生物仿生及软物质研究院林友辉副教授以及院长刘向阳教授通过控制成核结晶,实现了对蚕丝材料结构和性能的调控。
    蚕丝材料不仅拥有完美的生物相容性,同时具备出众的力学性能。而这良好的力学性能则要归功于蚕丝复杂的多级网络结构。近期的研究表明,通过在介观尺度上改变蚕丝的结构,可以让其展现出一些特殊的性质。但由于缺乏对蚕丝形成机制的充分了解,科研人员始终无法对蚕丝结构和性能实现精确、有效地调控。
   

图一, 通过控制蚕丝材料的形成过程,可以调控其结构和性能。
 
    近日,作者发现蚕丝多级网络结构的形成过程在本质上是一个成核结晶的过程。基于这个发现,他们提出了一套详尽的机制来解释蚕丝的形成过程,并利用这个机制实现了对蚕丝结构和性能的有效调控。例如,他们通过加入纳米小球,来增加原始的成核数量,从而实现了对蚕丝纤维强度的增强。
图二,蚕丝水凝胶和蚕丝纤维的形成过程。

    他们的工作不仅为精确地调控蚕丝材料的性能奠定了理论基石,更为制备先进的软物质材料开拓了新的方向。此外,鉴于他们的工作涉及到蛋白质分子的成核结晶,这有助于人们更加深入地了解一些老年病的发病原因。
    这一成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上,并被选为该期的Back cover。文章的第一作者是新加坡国立大学的博士研究生陈政维。

图三,封面设计(纳米小球像“魔法之手”可以实现对蚕丝材料的结构和性能进行调控)。

    该论文作者为:Zhengwei Chen, Honghao Zhang, Zaifu Lin, Youhui Lin, Jan H. van Esch, Xiang Yang Liu
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201602908/full
Programing Performance of Silk Fibroin Materials by Controlled Nucleation
Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602908