大自然啟發(fā)了人們制備各種機從(zhǒng)仿生結構。天然蜘蛛絲具有優異的強度和韌性，主要是源于其特殊的層次得舊結構，例如β-薄片交聯點、分子鍊高度排列的螺新了旋納米組件和剛性鞘-軟芯等。已有許多研究者通過(guò)模拟這場民(zhè)些特性來實現較好(hǎo)的人造纖維短她性能(néng)，然而，如何巧妙利用紡絲書弟過(guò)程同時(shí)實現上述層次結水自構特點仍具有挑戰性。

近日，南開(kāi)大學(xué)劉遵峰、中國(guó)藥科大學知這(xué)周湘與東華大學(xué)朱美芳研究團隊長分受蜘蛛絲蛋白結構的啟發(fā)，制備了一種(zhǒng)可溶的交聯納米空就凝膠，并紡制了具有類似蜘蛛絲層次結構的交聯纖維，為高強高韌就她纖維材料的直接紡絲提供了一種(zhǒn錯用g)新策略。

蜘蛛絲蛋白中的β-薄片作為交聯點，其交聯網絡位于納米尺冷動寸大小的球狀蛋白内。因此，蛛絲蛋白具有可溶性，可通過鐘書(guò)自組裝直接紡制成(chéng鐵高)分層纖維。受蛛絲結構和紡絲工藝啟發(fā)，研究者制備了具有内部交聯網絡相費的可溶性納米凝膠，通過(guò)控制自由基聚合過(guò)程中交聯低拿劑的濃度，制備出适用于不同單體的納米凝膠。當交聯劑含量從0.15%增加到(dà短如o)1.05%時(shí)，納米凝膠大分子的直徑和聚集量逐漸增大。

為研究納米凝膠拉伸紡絲能(néng)力與粒徑的關系，研究者將(jiān村民g)纖維在機械測試儀上進(jìn)行紡絲，直至纖維斷裂，同明事時(shí)測量機械應力。通過(guò)理論模型預測出，導緻納米凝膠斷裂的臨界自市應力與納米顆粒半徑的平方根成(chéng)反比。

為進(jìn)一步研究是否可件商以通過(guò)添加成(chéng通說)核粒子來調節納米組件的尺寸和排列，以提高纖維力學(xué)性呢麗能(néng)，研究者制備了單壁碳納米管/聚多巴胺(SWNT-P森動DA)複合物，并在SWNT-PDA存在下合成(chéng)了交聯劑含冷厭量為0.15%的納米凝膠，随後(hòu)研究了成(chéng自得)核粒子的引入對(duì)納米凝膠纖維結構和性能(néng)的影響員件。結果表明，随著(zhe)SWNT-PDA含量的增加公筆，納米凝膠纖維的斷裂強度、斷裂應變和韌性也志呈現上升趨勢，納米組件的排列更書雨加整齊，平均直徑減小。

通過(guò)纖維的預拉伸，分子鍊的排列顯著短日增加，纖維平均直徑減小。對(duì)于預拉伸應變為50%的纖維，該我飛結構演變顯著提高了纖維的機械強度，并降低了其斷裂伸長(cháng票輛)率。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的加撚優化，最終實現了男外纖維斷裂強度1.27GPa和韌性383MJ /m3的組合，與天然綠子蜘蛛絲的性能(néng)值非常接近。窗熱

相關工作以“Protein-Like Nanogel for Spinn書遠ing Hierarchically St玩線ructured Artificial Spider Si道區lk”為題發(fā)表在《Advanced Materials》。