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东华“纳米丝带”,欲与“材料之王”试比薄 天然丝

蚕丝纤维图 图源 | 百度

世界上现有最薄最强材料是啥?

当然是石墨烯了!

堪称“材料之王”的它

单层厚度仅0.34纳米。

BUT

最近东华科研人员从蚕丝中

获得一款“纳米丝带”

其厚度仅0.4纳米,直逼“材料之王”

快跟小编来一探究竟

截图自 | 《ACS Nano》网站

近日,东华大学纤维材料改性国家重点实验室的张耀鹏教授、邵惠丽教授团队在国际著名期刊《ACS Nano》(影响因子:13.7)上以全文形式发表了蚕丝领域的这一重要研究成果。论文题为《单分子层厚度的纳米丝带:丝材料的潜在构筑基元》(Single Molecular Layer of Silk Nanoribbon as Potential Basic Building Block of Silk Materials),其第一作者为东华大学材料科学与工程学院2017级博士生牛欠欠,共同通讯作者为东华大学吴荣亮副教授、纽约州立大学石溪分校Benjamin S. Hsiao教授。

《ACS Nano》论文主要内容概览图

供图| 牛欠欠

01

小小蚕丝大学问

你以为蚕丝就是你看到的一根细细的丝吗?在材料的微观世界里,传承了几千年的蚕丝其实是由厚度仅为0.4纳米的丝素纤维带有序组装而成的,可谓“纳米丝带”。丝巾中一根蚕丝的直径,大约等于三万多层丝素纳米纤维带叠加起来的厚度呢!

图源 | 昵图网

蚕丝和蜘蛛丝的优异性能取决于其多级结构在介观尺度的有序排列。作为蚕丝多级结构的基础构筑单元,丝素纳米纤维对人造蜘蛛丝等高性能丝蛋白材料的设计和构筑尤其重要。

张耀鹏教授团队博士生牛欠欠利用氢氧化钠/尿素水溶液体系,在低温下将蚕丝逐级剥离为厚度约0.4纳米、宽度约27纳米的蚕丝纳米纤维带。据了解,该丝素纳米纤维带厚度仅为丝素蛋白的单分子层厚度,几乎与单层石墨烯厚度相当。与文献中其他丝素纳米纤维相比,该“纳米丝带”堪称目前世界最薄的丝素纳米纤维带。

蚕丝多级结构模型图

供图 | 牛欠欠

该纳米纤维带主要由天然蚕丝中原生的β-折叠片层、无规线团以及α-螺旋构象构成。研究者采用原子力显微镜、透射电子显微镜及同步辐射小角X射线散射等多种技术进行了表征,吴荣亮副教授还通过计算机分子动力学模拟技术,模拟了蚕丝在氢氧化钠/尿素水溶液中剥离为纳米纤维的动态过程。在此基础上,提出了全新的蚕丝多级结构模型。

02

丝素纳米纤维带的“超能力”

基于丝素纳米纤维带悬浮液,该团队制备了超薄、柔韧、高透明的丝素纳米纤维薄膜。

丝素纳米纤维薄膜

供图 | 牛欠欠

丝素纳米纤维带通过自组装或者有序构建,可用作增强成分或者直接构建单元,有望制备性能优异或具有功能性的丝素蛋白基材料,比如骨组织工程支架、手术缝合线、超薄柔性自支撑透明膜等,未来应用于生物医学、生物电子接口、过滤、光学、成像等领域的前景十分广大。

03

“耐心”和“细心”为科研助攻

这是牛欠欠博士生阶段发表的第一篇论文,可谓来了个“开门红”。对于这个有些腼腆的河北姑娘来说,面对第一次发文就取得这么好的成绩,她似乎没有大家想象的兴奋,心态十分平和。她坦言,如果实在要总结秘诀,无非耐心和细心,这两点在整个实验和论文写作的过程中让她体会最深刻。

张耀鹏教授指导牛欠欠同学实验

摄影 | 张宇杰

该项目仅实验就做了近一年,换了别人,可能早就放弃不干,转投别的研究了。可在牛欠欠这儿,却从来没想过改变研究方向。她说,自己其实也是怀着试一试的心态去开展探究,“没有怎么去想结果,就是一股脑儿扎进去做,有今天的结果应该感谢这种坚持吧”。

直到2016年下半年,牛欠欠采用原子力显微镜对剥离出的纳米材料进行表征,发现了单分子层纳米纤维,2017年中期才结束整个实验探究。最惊喜的发现是,成功剥离出来的丝素纳米纤维带并不是大家通常认为的圆柱形,而是扁形带状结构!牛欠欠说,之所以有这一“重大发现”,就是在实验中比别人多留了个心。“大家都只关注丝素纳米纤维的直径,却很少有人关注它的具体厚度,也许正是这样的细心,让我们有了不一样的发现”。

牛欠欠在进行项目实验

摄影 | 张宇杰

04

师说“育人经”

对于学生能取得这么突出的科研进展,作为导师的张耀鹏教授自然高兴,并坦言这其实是“意料之外,情理之中”。“每个学生都是一个个性化的存在,都是不一样的,身为老师,尤其是在研究生阶段,需要结合学生的不同特点采用不同的教育方法”。比如,有的学生胆大细心,敢于设想,他就会给这样的学生更加具有挑战性的课题任务,帮助他们成长,“牛欠欠就是这类学生”;有的学生比较保守传统,擅长做具体研究,那就给一些具体的科研方向指引。教育就是要因材施教!

张耀鹏教授课题组合影

一项研究离不开各方支持。此工作得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划、先进纤维与低维材料国际联合实验室、曙光计划、111引智基地、美国国家自然科学基金等项目的资助。部分工作完成于上海同步辐射光源BL16B线站。范苏娜博士、彭庆法博士、鲁丽博士生和张慧慧副教授为共同作者。“在此,我要感谢团队的每个人,只有在团队中,个人才能真正成长”,牛欠欠这样说到。

信息来源:

东华大学纤维材料改性国家重点实验室

东华大学材料科学与工程学院

摄影:张宇杰 部分图片由科研团队提供

撰稿&责编:位艳芳

原创文章,作者:手帕网,如若转载,请注明出处:https://www.esp-4u.com/keji/1408976.html