《Nature》雜誌於1869年由約瑟夫∙諾爾曼∙洛克耶爵士創辦，每週刊登科學技術各個領域中具有獨創性、重要性、以及跨學科的研究工作，同時也提供快速權威的、有見地的科學新聞，是全世界公認的最權威的學術期刊之一。來自全世界的科研工作者都以自己的研究成果能登上《Nature》為榮。那從事高分子科學領域研究的你們，是否知道中國人的第一篇高分子方向的《Nature》論文是何時發表的呢？
2002年8月15日，《Nature》上刊登了由復旦大學高分子科學系邵正中教授關於蠶絲的研究成果，蠶絲簡單拉一拉，強度可以媲美蛛絲！該研究成果以“Surprising strength of silkworm silk”為題，以簡訊的形式發在《Nature》上，翻開了中國高分子科學研究在世界自然科學頂級期刊上全新的一頁。
蠶絲vs蜘蛛絲
在這篇簡訊中，研究者首先指出，商用蠶絲的拉伸強度為0.5 GPa，斷裂伸長率為15%，斷裂能為62104 J∙kg-1，而蜘蛛絲的拉伸強度高達1.3 GPa, 斷裂伸長率為40%，斷裂能為162104 J∙kg-1。二者對比後，蠶絲的力學性能明顯處於下風。通常，人們將該現象歸因於蠶絲和蜘蛛絲蛋白的一級結構的差異，即組成蛋白的氨基酸的種類及序列分佈的差異，該觀點成為學術圈的主流觀點，極大程度上抑制了蠶絲的發展與應用。
蠶絲能否媲美蜘蛛絲？
長期以來，諸多研究者在思考同樣一個問題，如何提升蠶絲的力學強度，使其儘量接近蜘蛛絲，成為一種高性能纖維材料。邵正中教授及其合作者在考察蠶吐絲成繭的過程後，指出蠶繭是由移動的蠶紡成，蠶頭部的加速減速將會影響紡出蠶絲的質量，一般地，蠶以更快速度紡絲將產生更堅硬，更脆的蠶絲，反之，則強度較低，容易拉伸。因此，在二次紡絲過程中，可通過調節紡絲速度來調節蠶絲製品的力學性能。如圖1所示，研究者分別以4、13、20、27 mm∙s-1的速度紡絲，以4 mm∙s-1慢速紡絲得到的製品與蜘蛛絲的斷裂伸長率相當，分別為37%和35%，以13 mm∙s-1 快速紡絲的製品斷裂能為122104 J∙kg-1，同樣接近蜘蛛絲的相關性質，顯然，可以通過製備工藝獲得與實際需求相符的蠶絲製品。
圖1.不同紡絲速度對蠶絲製品力學性能的影響.
商機還是挑戰？
顯然，該研究工作揭示了對於蠶絲等一類結構蛋白質，其力學性能不僅僅取決於蛋白質的一級結構，其分子鏈的聚集過程以及紡絲工藝也許更為重要。然而，單純通過紡絲工藝得到綜合性能與蜘蛛絲媲美的蠶絲仍是一個巨大挑戰，需從源頭上調控桑蠶的吐絲條件。此外，該類高性能蠶絲製品也存在巨大商機，有待科研工作者進一步探尋。
全文鏈接：
https://www.nature.com/articles/418741a
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