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  “材料之王”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。然而，你也許不知道傳承了幾千年的蠶絲也是由厚度僅為0.4納米的絲素纖維帶有序組裝而成的，可謂“納米絲帶”。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。

  近日，國(guó)際著名期刊《ACS Nano》以全文形式報(bào)道了東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張耀鵬教授、邵惠麗教授團(tuán)隊(duì)在蠶絲領(lǐng)域的重要研究成果，論文題為“單分子層厚度的納米絲帶：絲材料的潛在構(gòu)筑基元”（Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential BasicBuilding Block of Silk Materials）。該論文第一作者為博士生牛欠欠，共同通訊作者為東華大學(xué)吳榮亮副教授、紐約州立大學(xué)石溪分校Benjamin S. Hsiao教授。

  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。張耀鵬教授團(tuán)隊(duì)利用氫氧化鈉/尿素水溶液體系，在低溫下將蠶絲逐級(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)。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。

  此工作得到了中國(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)目的資助。部分工作完成于上海同步輻射光源BL16B線站。范蘇娜博士、彭慶法博士、魯麗博士生和張慧慧副教授為共同作者。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b03943