編者按 日前,第四期紡織科技新見解學術沙龍在上海召開,本屆沙龍由中國工程院院士姚穆、總后勤部軍需裝備研究所教授級高工施楣梧、中國紡織科學研究院院長趙強、東華大學教授胡學超及生物源纖維制造技術國家重點實驗室主任孫玉山領銜,與參會專家及企業代表共同對生物質再生纖維環保加工技術及其應用進行了探討。
從本期開始,我們將逐一節選專家的精彩觀點與業內分享。
絲素蛋白水溶液的仿生紡絲研究
東華大學教授 胡學超
蜘蛛和蠶因其自身特點都具備合理的紡絲條件。目前國際上有兩種觀點,以美國Lewis、Kaplan為首,認為只要拿到和蜘蛛一樣氨基酸序列的蛋白分子,就能得到和蜘蛛絲一樣的材料。
我們認為目前還不是真正的仿生,盡管蠶的結構比較清楚,但再生的絲蛋白只是重鏈的一部分。而蜘蛛的一級結構并不清楚,重組的蛋白分子只測試了它的序列。由于兩者紡絲機理不一樣,所以將蜘蛛基因轉移到蠶上,讓蠶紡出蜘蛛絲是不可行的。
蜘蛛和蠶的相同點在于:以水為溶劑,在常溫常壓下以最小的能量紡出絲;腺體內均有分泌區、紡絲管和噴絲部;吐絲均為液晶紡;吐絲機理相似;均需調節紡絲液濃度、pH值、離子濃度來形成可紡液;分泌的絲蛋白溶液均為酸性可紡液;絲蛋白溶液向吐絲口推進時,濃度逐步提高。
不同的是:蠶是靠頭部的搖擺從嘴吐絲,蜘蛛液則是從腹部末端直接拉出絲來;蠶的失水是通過吐絲器經擠壓進入空氣后發生,蜘蛛從液態絲變成絲線是在由絲腺到吐絲導管內發生的;最根本的區別在于兩者的加工方法不同,液狀絲素在蠶體內有一個成熟期,需經較長的時間才形成液晶態,拉伸靠頭部的擺動進行。蜘蛛的紡絲沒有這樣成熟的過程,直接從體內噴出。吐絲的溫度方面,蠶只在春、秋兩季吐絲,而蜘蛛一年四季均可;兩者體內腺體的離子濃度不同。所以把蜘蛛基因轉移到蠶,再讓蠶吐蜘蛛絲是不可能的。