近日，東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授張耀鵬、邵惠麗團(tuán)隊(duì)與紐約州立大學(xué)石溪分校教授Benjamin S. Hsiao合作，在國(guó)際期刊《ACS Nano》（影響因子：13.7）發(fā)表了題為《單分子層厚度的納米絲帶：蠶絲材料的潛在構(gòu)筑基元》（Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential Basic Building Block of Silk Materials）的論文，闡述了該團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域的最新研究成果。

    張耀鵬團(tuán)隊(duì)利用氫氧化鈉/尿素水溶液體系，在低溫（-12℃）下將蠶絲逐級(jí)剝離為厚度約0.4納米、寬度約27納米的蠶絲納米纖維帶。這也是目前為止世界最薄的絲素納米纖維帶，其厚度僅為絲素蛋白的單分子層厚度，與單層石墨烯厚度相當(dāng)（號(hào)稱“材料之王”的石墨烯是目前最薄、最強(qiáng)的材料，單層石墨烯的厚度僅有0.34納米）。我們平常戴的絲巾中，一根蠶絲的直徑，大約等于三萬(wàn)多層絲素納米纖維帶疊加起來(lái)的厚度。

    蠶絲和蜘蛛絲的優(yōu)異性能取決于其多級(jí)結(jié)構(gòu)在介觀尺度的有序排列。作為蠶絲多級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)筑單元，絲素納米纖維對(duì)人造蜘蛛絲等高性能絲蛋白材料的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑尤其重要。該納米纖維帶主要由天然蠶絲中原生的β-折疊片層、無(wú)規(guī)線團(tuán)以及α-螺旋構(gòu)象構(gòu)成。研究者通過(guò)原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡及小角X射線散射技術(shù)等多種表征技術(shù)確認(rèn)了上述信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，模擬了蠶絲在氫氧化鈉/尿素水溶液中剝離為絲素納米纖維的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，提出了全新的蠶絲多級(jí)結(jié)構(gòu)模型。

    基于絲素納米纖維帶懸浮液，該團(tuán)隊(duì)制備了超薄、超韌、高透明的絲素納米纖維薄膜。

    絲素納米纖維帶通過(guò)自組裝或者有序構(gòu)建，可用作增強(qiáng)成分或者直接構(gòu)建單元，有望制備性能優(yōu)異或功能性的絲素蛋白基材料，比如骨組織工程支架、手術(shù)縫合線、超薄柔性自支撐透明膜等，有望應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、生物電子接口、過(guò)濾、光學(xué)、成像等領(lǐng)域。

實(shí)驗(yàn)中的牛欠欠

    對(duì)于第一作者牛欠欠來(lái)說(shuō)，這篇文章是她博士研究生階段發(fā)布的第一篇論文，該項(xiàng)目?jī)H實(shí)驗(yàn)就做了將近一年，之所以能取得今天的成果，牛欠欠把它歸功于對(duì)于實(shí)驗(yàn)的堅(jiān)持。而且成功剝離的絲素納米纖維帶不是大家通常認(rèn)為的圓柱形，而是扁平帶狀結(jié)構(gòu)，關(guān)于這一點(diǎn)，牛欠欠坦言：“大家都只關(guān)注絲素納米纖維的直徑，卻很少有人關(guān)注它的具體厚度，也許正是這樣的細(xì)心，讓我們有了不一樣的發(fā)現(xiàn)”。

張耀鵬教授指導(dǎo)牛欠欠同學(xué)實(shí)驗(yàn)

    據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)的研究工作得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、先進(jìn)纖維與低維材料國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、曙光計(jì)劃、111引智基地、美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目基金的支持。部分工作完成于上海同步輻射光源BL16B線站。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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