天然蜘蛛絲具有優異的機械性能，是自然界已知韌性最強的天然纖維，其無與倫比的高強度、高韌性使得蜘蛛絲纖維在國防、軍事、建築等領域具有廣闊應用前景。然而，蛛絲特殊屬性導致其一直難以擴大到工業化生產，與蛛絲不同的是，蠶絲的獲得與應用歷史悠久，且成本低廉。過去數十年里，科學家們致力於探索開發一種易於生產且像蛛絲一樣的纖維，或是將蛛絲的性能「移花積木」到蠶絲上。
近日，天津大學生命科學學院林志教授團隊利用再生絲素蛋白（RSF）進行人工紡絲，製備得到強度和硬度均顯著優於天然蛛絲的高性能人造蠶絲，相關成果已發表於Matter（Cell 姊妹刊)。
林志，天津大學生命科學學院研究員、教授。博士畢業於新加坡國立大學（NUS）結構生物學專業，曾擔任新加坡國立大學生物科學系研究員和生理學系高級研究員，目前主要研究領域包括蛋白質結構、功能研究，以及生物工程。
此次林志教授團隊在Matter上發表的研究論文以「Artificial superstrong silkworm silk surpasses natural spider silks」為題。團隊受蜘蛛卵絲的人工紡紗啟發，通過一種特殊的化學浴去除了普通蠶絲中的粘性外層，並結合金屬離子輔助增強的方法，得到了勝過蛛絲的超強蠶絲纖維。這種人工蠶絲纖維的拉伸強度達到2.0 GPa，比天然蛛絲的平均強度要高70 %以上，並且具備43 GPa的高平均楊氏模量，遠遠高於所有已知的天然微絲，這項工作為生產高性能人造絲線開闢了一種便捷高效的途徑。
人造蠶絲RSF-SN
該研究是有史以來第一次將廉價的普通蠶絲轉換成性能超越超過天然蜘蛛絲的具有超高強韌性的人工蠶絲，扭轉了以往人們認為蠶絲在機械性能上無法與蜘蛛絲抗衡的傳統觀點，這項研究所開發的方法將為大規模生產具有高性能、高利潤的蠶絲紡織品材料提供堅實的技術基礎。
研究一經報道，便受到廣泛關注，被多方國外新聞網站爭相報道（如ScienceNews, EurekAlert!, Cosmos, TexFash等），英國謝菲爾德大學的材料科學家Chris Holland教授、洛根猶他州立大學的絲綢科學家Randy Lewis等世界各地科學家也對該工作表示良好肯定。
人工蠶絲向實際應用轉化的展望
早在2021年，林志教授團隊就通過核磁共振（NMR）並結合材料學技術，對蛛絲的成分和機理進行了相關探索，在PNAS上發文的研究論文揭示蜘蛛卵鞘絲次要成份蛋白TuSp2的結構與成絲機理。這一研究為進一步設計具有高機械性能的絲蛋白材料提供了新的方向，同時也為此次研發出超強人工蠶絲奠定了概念及思路基礎。
林志教授所在的天津大學生命科學學院成立於2012年，長期以來，學院面向人民生命健康，聚焦重大疾病防控，在微生物與免疫學、結構與系統生物學、納米生物技術、生物信息與大數據等重點領域，開展揭示生命活動基本規律的基礎研究以及服務醫學、現代農業等領域的應用研究。
學院設有結構與分子生物學研究所、微生物與免疫研究所、納米生物醫學研究所3個教學科研單位，生物科學專業為教育部首批「強基計劃」改革試點專業，入選國家一流本科專業建設點、國家基礎學科拔尖學生培養計劃2.0基地。此外，學院擁有天津市生物大分子結構功能與應用重點實驗室、天津市微納生物材料與檢療工程技術中心。依託強大的平台，學院先後承擔國家「863」項目、「973」項目、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目，成果頻出，展現出強大的學術與科研能力。
生命科學是一門發展迅速、多學科交叉的前沿學科，與人民健康、經濟建設和社會發展有著密切關係，也被我國學術界視為在國際上最有影響力的學科之一。相信將有越來越多的天大學子在這裡增長見識,豐富學識，為探索生命科學貢獻力量！
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內容來源：天津大學官網、天津大學生命科學學院官微
圖片來源：天津大學官網、天津大學生命科學學院官微
