河北
来自塔夫茨大学、帝国理工学院和密歇根大学的研究人员开发出一种新方法，可将天然丝转化为超高强度固体材料，且无需溶解纤维或使用合成添加剂。这种材料在强度和韧性上不输先进复合材料，同时保持生物相容性，并可针对医疗应用进行调节。
该团队没有将丝分解为蛋白质再重新构建，而是通过在受控的温度和压力下直接将排列整齐的丝纤维融合在一起。该过程保留了丝的大部分原始分子结构，让最终材料保留纤维原有的天然强度。
研究人员表示，融合后的丝在拉伸韧性方面优于骨骼和木材等材料，接近凯夫拉纤维，而且在抗冲击性能上也优于某些碳纤维增强聚合物复合材料。
“这一过程会先把天然纤维分解成单个丝素蛋白，再加工成新形状，因此会失去原始纤维的许多固有强度，”塔夫茨大学工程学院研究助理教授李春梅说。
“有了这种新方法，就不用把丝溶解掉了——直接把纤维对齐，加上热和压力，一步就能粘合在一起。”
丝绸强度重塑
这种材料的原料，是纺织生产里常用的那种蚕茧纤维，市面上就能买到。研究人员先用温和的碳酸钠溶液，把纤维外面那层黏糊糊的丝胶去掉。然后把纤维对齐，再在仔细控制好的温度和压力下热压。
加热的时候，丝蛋白结构里比较容易活动的部分会变软，刚好能把相邻的纤维粘在一起；同时，那些负责强度和柔韧性的结晶区域也保留了下来。
“丝绸其实就像一种复合材料，”塔夫茨大学斯特恩家族工程学教授大卫·卡普兰说道。“纤维蛋白中存在一个流动性更强的无定形相，同时还有一部分蛋白链折叠形成片状结构，并堆叠成晶体结构。”
研究人员发现，在257至419华氏度的温度区间和1900至9800个大气压的压力范围内，存在一个最佳加工窗口。热量或压力不足会形成更脆弱的结构，而温度过高则会使材料变脆。
最终形成的结构在微观下很像木头，整齐排列的纤维束相互结合，能有效分散应力。研究人员表示，这种层级结构使材料罕见地兼具韧性和耐久性。
贴合人体
研究团队还测试了融合丝在生物医学应用中的效果。动物实验显示，这种材料只引起轻微的免疫反应，而且会随着时间慢慢减轻。
研究人员发现，通过调整加工条件，就能控制材料降解的快慢。结构松一点的能让细胞慢慢渗透进去，紧密一点的则不容易分解，能保持更长时间稳定。
“我们可以根据用的条件来控制材料降解的快慢，”李说。
研究人员认为，这种材料因为强度高、生物相容性好，将来有望用于骨科植入物，如接骨板、螺钉以及骨折固定装置。
密歇根大学的科学家还发现，融合丝素能让太赫兹辐射发生偏振，这种辐射目前用于机场扫描仪、医学影像和化学检测系统。研究团队表示，这一特性可能助力未来的6G通信技术，其数据传输速度将比现在的5G网络快得多。
这项研究发表在期刊《自然·可持续发展》上。
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