絲綢材料特性與氨基酸排列有關(guān) 可開發(fā)高性能人造蠶絲

日本理化學(xué)研究所日前宣布，該研究所沼田圭司和增永啟康率領(lǐng)的國際研究小組發(fā)現(xiàn)，絲綢內(nèi)不同氨基酸排列會影響其機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及結(jié)晶結(jié)構(gòu)。

人類從古代開始就利用蠶絲纖維制作出富有光澤的織物。近年來，科學(xué)家針對蠶絲質(zhì)輕堅韌、生物相容性好和可生物降解的特性，開始研究將其用在結(jié)構(gòu)材料、醫(yī)療材料等領(lǐng)域。另外，蠶絲也可加工成纖維、水凝膠、膠卷、海綿等，用在再生醫(yī)療和藥物輸送系統(tǒng)中。但科學(xué)家對絲綢的氨基酸排列如何影響其熱性能和機(jī)械性能以及相關(guān)應(yīng)用等尚不十分了解。

為此，該研究小組挑選了4種家蠶和10種野蠶共14個種類的蠶絲進(jìn)行試驗(yàn)。他們在熱重量分析和示差掃描熱量分析中發(fā)現(xiàn)，野蠶絲比家蠶絲的熱分解溫度高30攝氏度。但在拉伸試驗(yàn)中研究人員觀察到，野蠶絲比家蠶絲有更明顯的斷裂點(diǎn)。研究小組對蠶絲進(jìn)行X射線散射試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，野蠶絲比家蠶絲的結(jié)晶尺寸大了約1納米。這是因?yàn)榧倚Q絲的結(jié)晶領(lǐng)域是由甘氨酸交互反復(fù)排列構(gòu)成，而野蠶絲的結(jié)晶領(lǐng)域則是由丙氨酸連續(xù)排列而成。

研究人員在對氨基酸排列與熱穩(wěn)定性關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)：丙氨酸連續(xù)排列的比率越高，熱穩(wěn)定性越強(qiáng)；甘氨酸交互反復(fù)排列的情況越多，則機(jī)械強(qiáng)度越強(qiáng)；而具有更多大側(cè)鏈氨基酸的蠶絲，其機(jī)械強(qiáng)度較弱。

在化石燃料逐漸枯竭、全球更加重視環(huán)保的大背景下，人們一直渴望能有替代石化產(chǎn)品的材料出現(xiàn)，而蠶絲則是較好的替代材料之一。該研究對人工制造可控其強(qiáng)度、吸濕性、伸展性等特性的人造蠶絲材料具有重要意義。（中國科技網(wǎng)）