蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维研究进展
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收稿日期:20041209作者简介:袁小红(1981),女,陕西省人。
西安工程科技学院纺织与材料学院03级研究生,专攻纺织材料与纺织品设计专业。
产品开发蜘蛛丝的研究进展及应用袁小红(西安工程科技学院,西安 710048)摘 要:介绍了蜘蛛丝的概况及研究历史,概述了蜘蛛丝的物理、化学及机械方面的性能,综述了国内外利用生物技术人工生产蜘蛛丝研究的状况及进展,同时也分析了蜘蛛丝在纺织制衣、军事、医疗、高强度材料等方面的应用。
关键词:蜘蛛丝;性能;人工生产;应用中图分类号:TS1021512 文献标识码:B 文章编号:10023348(2005)05003003 随着科学技术的发展,人们对于高强度、高韧性纤维的研究也越来越深入,无论从科学角度还是从使用角度来看,探索高强度、高韧性纤维材料的极限,检测影响材料兼具强度和韧性的因素都是很有意义的。
蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维,是天然的高分子纤维和生物材料。
它具有特殊的机械(力学)性能(如很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂性能等等),以及比重小、较耐紫外线、生物可降解等优点,其优异的综合性能是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。
蜘蛛丝以其优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注。
近年来美国、加拿大以及欧洲一些大学和实验室运用生物学、遗传学、高分子技术等知识对蜘蛛丝进行了全面研究,利用基因和蛋白质测定技术揭开了蜘蛛丝的奥秘,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
1 蜘蛛丝的概况及研究历史蜘蛛和蚕一样,都属于节肢动物,但蚕是六条腿的昆虫幼体,而蜘蛛是八条腿的蛛形纲成虫。
蚕丝的功能是形成保护性的蚕茧来包裹着幼虫以利于它继续成长,而蜘蛛丝的功能是提供支撑作用。
因此,它比蚕丝更结实,并且可长达一英里。
蜘蛛的种类多得惊人,可能有7万多种。
对于蜘蛛的研究,报道最多的是对金黄色圆网蜘蛛、十字圆蛛和大腹圆蛛丝的研究。
人们所见的蜘蛛并非由一种蜘蛛丝组成,而是由几种分别来自体内7个不同腺体的丝组成,其氨基酸组成不同,性能不同,用途也不同。
【高中生物】美国培育出新型转基因家蚕可以吐出超级蚕丝【高中生物】美国培育出新型转基因家蚕可以吐出超级蚕丝据美国物理学家组织网报道,美国的一组研究人员日前宣称,他们成功培育出了一种转基因家蚕,其能吐出含有蛛丝蛋白的蚕丝纤维,比天然蚕丝具有更好的强度和柔韧性,可在医疗、军事、纺织等领域发挥重要作用。
很早之前科学家们就注意到了蛛丝的优良性能:在力学强度上,蛛丝纤维能够和用以生产防弹衣和轻型头盔的凯夫拉尔纤维相媲美,其所不含牵丝蛋白的强度比钢还要高于十几倍;在柔韧性上,蛛丝可以被弯曲至原来长度的1倍至1.5倍而不出现脱落,弹性极好。
可以蜘蛛从来都不是一个刻苦的吐丝者,天然蛛丝主要用作结网,产量极低。
此外,蜘蛛具备同类为害的特点,无法大规模养殖,而吐丝能手家蚕就能够很好地解决这一问题。
美国圣母大学和怀俄明大学的研究人员正是看到了这一点,数年前就开始了转基因家蚕的研究。
负责管理该项研究的圣母大学生物学教授马尔科姆?弗雷泽辨认出,一个被称作piggybac转座子的遗传因子可以在转基因家蚕的培育中充分发挥关键促进作用。
这种遗传因子能够像是计算机中的“剪切?粘贴”操作方式一样发生改变旧有基因的结构和排序。
协调采用锌指核酸酶(zfn)技术,研究人员将蛛丝蛋白基因填入至了家蚕的基因中,从而并使家蚕吞进与蛛丝相似的超级蚕丝。
据了解,这种新的纤维目前还尚未命名,与天然蚕丝相比,这种新纤维强度更大柔韧性也更好。
研究人员称,如果在插入蜘蛛基因前将蚕的部分dna敲除,生产出的超级蚕丝性能与蛛丝将更加接近。
由于该技术已经为量产展开了改良,可以通过传统的方式大规模以获取蚕丝。
研究人员坚信,随着技术的逐步完善,这种新材料或许能够替代凯夫拉尔纤维生产出来强度更好、更坚硬、更保镖的防弹衣;同时还能够为外科医生提供更多更为坚硬、结实的手术缝合线;而在未来的某一天,或许这种超级蚕丝还能够用以做成既坚硬宽敞又结实坚固耐用的高级时装。
蜘蛛丝纤维的研究现状与展望作者:董晶赵坤伟程金亮汪亮来源:《现代纺织技术》2019年第01期摘要:概述了近期国内外丝蛋白及纤维的合成及改性研究现状,发现人造蜘蛛丝蛋白主要来源于基因改变后的桑蚕、大肠杆菌等,对蜘蛛丝纤维物理力学性能的改性方法主要集中在蛛丝蛋白改性、纺丝方法转变、紫外辐射及与其他纺丝液复合纺丝等。
通过蜘蛛丝纤维与其他纤维的物理性能比较得知,蜘蛛丝纤维断裂伸长率高(43.4%)、拉伸强力大、耐疲劳性好。
同时,简述了蜘蛛丝纤维在复合材料、医用仿生材料以及纺织材料等领域的应用情况,并对蜘蛛丝纤维今后的发展进行了展望。
关键词:蜘蛛丝纤维;合成改性;复合材料;医用仿生材料;纺织材料中图分类号:TS102.3文献标志码:A文章编号:1009-265X(2019)01-0015-05蜘蛛丝纤维已成为继蚕丝之后,又一个在化学、生物、材料等学科领域受到广泛关注的动物丝纤维。
蜘蛛丝纤维具有许多优异的特性,包括韧性大、强度高、弹性好、有光泽、耐高温、耐低温、耐紫外线性能强、易于生物降解等。
它被称为“生物钢”,能够应用于外科手术缝线、防弹衣及降落伞等材料[1]。
邵正中等[2]已经制备了性能优于天然蚕丝的人造蚕丝,而对人造蜘蛛丝纤维的研究应紧随其后尽快取得突破。
人造蜘蛛丝纤维的生产,首先需要制备含有蜘蛛丝纤维特性的蜘蛛丝蛋白;其次是如何在合成之初就进行生物化学改性,以生产优于或者具有期望性能指标的蜘蛛丝;最后则是采用合适的工业化纺丝工艺将生产扩大化、低成本化。
本文主要对蜘蛛丝纤维的合成生产方法、改性方法、性能指标及应用情况进行了总结。
1蜘蛛丝纤维蜘蛛丝纤维能够在常温常压下进行液晶纺丝制得,不需要高温和腐蚀性溶剂,只需要水或其他绿色溶剂即可,更符合当今绿色纺织、染整的趋势和要求[1,3]。
如何在绿色环保的前提下,简便、低成本地合成出性能优异的蜘蛛丝纤维一直是国内外学者研究的热点。
1.1国内研究进展常温常压下,纯水透析后的再生丝蛋白水溶液浓度低,容易发生凝聚、不利于保存。
0253-9721(2011)12-0147-10蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维研究进展谢吉祥李晓龙张袁松西南大学纺织服装学院,重庆400715蚕丝和蜘蛛丝的性能优良,通过人造方法获得性能良好的再生蚕丝和蜘蛛丝一直是国内外学者研究的热点,但目前研究所获得的再生蚕丝或蜘蛛丝并不理想。
本文总结了有关蚕丝和蜘蛛丝再生研究,包括纺丝液的制备、湿法纺丝和静电纺丝的方法以及纺丝工艺条件对纤维特性的影响等;探讨了pH值调整、醇处理、拉伸、热处理等改善再生丝纤维性能的方法及其效果;阐述了再生丝纤维广阔的发展前景,期望能为今后人造蚕丝和蜘蛛丝提供有用的信息。
蚕丝;蜘蛛丝;再生;人造纺丝TS 102.3AProgress of studies on regenerated protein fiber of silkworm silk and spider silkXIE JixiangLI XiaolongZHANG Yuansong2010-12-132011-04-15中央高校基本科研业务费专项资金资助( XDJK2009B007);第39批教育部留学回国人员科研启动基金项目(教外司留[2010] 1174号);教育部春晖计划项目(教外司留[2010] 610号);重庆市自然科学基金项目(CSTC,2008BB0008);西南大学博士基金项目(SWUB2007067);人力资源和社会保障部留学人员优先资助基金项目(渝人社办[2009]116号)谢吉祥(1986-),女,硕士生。
主要研究方向为复合再生蚕丝蛋白材料的成形与性质。
张袁松,通信作者,E-mail:yszhang@ swu. edu. cn。
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再生丝素蛋白纤维及其在生物医用材料中的研究进展吴惠英【摘要】Ntural silk as a textile fiber has been extensively used in the textile industry for thousands of years.As a main component, silk fibroin shows great application potential in biological field due to its excellent mechanical property and good biocompatibility.Recently, the application of regenerated silk fibroin in biomedical materials (especially tissue engineering, wound dressing and drug controlled-release) has been highly valued by domestic and overseas researchers.In this paper, the structure and dissolving methods of silk fibroin are introduced, and the formation mode of regenerated silk fibroin fibers is also illustrated.The application state and prospect of regenerated silk fibroin fibers in biomedical field are also discussed.%天然蚕丝作为纺织纤维在服饰中的应用已有几千年的历史.丝素是蚕丝的主要成分,以其优异的力学性能和良好的生物相容性,在生物领域表现出极大的应用潜力,近年来再生丝素蛋白材料在生物医用材料中的应用得到了国内外研究者的高度重视,尤其是组织工程、伤口敷料、药物缓释等方面.文章综述了丝素蛋白的结构、天然丝素的溶解方法,以及再生丝素蛋白纤维的成形方式,并论述了再生丝素蛋白纤维在生物医用领域的应用现状及前景.【期刊名称】《丝绸》【年(卷),期】2017(054)003【总页数】7页(P6-12)【关键词】再生丝素蛋白;纤维;结构;制备;生物医用材料;应用【作者】吴惠英【作者单位】苏州经贸职业技术学院纺织服装与艺术传媒学院,江苏苏州 215009【正文语种】中文【中图分类】TS102.512研究与技术蚕丝是由熟蚕结茧吐丝时所形成的天然蛋白质纤维,用其制作的纺织品深受人们喜爱。
蚕丝蛋白纤维改性研究进展摘要:蚕丝纤维及其制品经改性处理后,其阻燃性、吸湿性和抗皱性得到很大程度的改善,已引起人们的广泛关注。
从蚕丝纤维及其制品在穿着、洗涤过程中存在易泛黄、不耐磨、难打理、染色牢度欠佳等问题出发,综述了物理改性、化学改性及其与纳米颗粒共混改性在蚕丝及其制品改性中的应用,总结了各类方法对盒丝及其制品的改性效果。
分析认为:由于采用单一的改性方法目前仍难以得到性能完美的丝绸制品,未来蚕丝纤维及其制品的改性发展方向仍以多种方法相结合改性为主。
关键词:蚕丝纤维;改性;研究进展蚕丝(silk)是熟蚕结茧时所分泌丝液凝固而成的连续长纤维,也称天然丝,是一种天然纤维。
人类利用最早的动物纤维之一。
蚕丝是自然界中最轻最柔最细的天然纤维,撤消外力后可轻松恢复原状,内胎不结饼,不发闷,不缩拢,均匀柔和,可永久免翻使用。
桑蚕丝主要由动物蛋白组成,富含十八种人体所必须的氨基酸,能促进皮肤细胞活力,防血管硬化,长期使用可防皮肤衰老,对某些皮肤病有特殊的止痒效果,对关节炎,肩周炎,哮喘病有一定的保健作用。
素有“人体第二肌肤”、“纤维皇后”之美誉。
随着社会的进步和生活水平的提高,人们对服饰的多样性要求也越来越广泛,而丝绸原料的生丝,其品质方面也自然地被提高了要求,蚕丝纤维及其制品的改性处理,国内外已有较多的研究成果,并得到了应用【1】。
这样不仅有效地克服的蚕丝纺织品本身的缺点,而且提高其国际竞争力。
目前,蚕丝纤维及其制品的改性主要有物理改性、化学改性及纳米技术。
1.物理改性1.1 特殊热处理蚕丝经过某种高温特殊处理后,可以大幅度改善光泽,提高强力和水洗色牢度。
为寻求对蚕丝丝素改性的新途径,周岚、邵建中等【2】应用X衍射、贝克线法、单纱强力测试和水洗色牢度测试等手段,研究以温度、张力、助剂等为主要因素的特殊热处理对蚕丝丝素结构和性能的影响。
湿热条件下,张力的作用能增加蚕丝纤维的取向度和结晶度,从而提高蚕丝的断裂强度和改善酸性染料染蚕丝的湿牢度。
始第六届全目丝绸创新及产品开发论坛“金富春杯”论文椠器构‘”1。
图2圆网蛛大囊状腺体解剖图””(a:A区;b:B区;f:漏斗;1:导管的第一环圈;2:导管的第二环圉;3:导管的第三环圈;m:导管的提肌肌肉;v:阀门;inv:阀门伸张器;t:末端管;s:吐丝口。
图中所示的标尺为100tzm)FritzVollrath、D.P.Knight比较系统地研究了蜘蛛主腺体丝蛋白的成丝过程,分析了蜘蛛丝的成丝机理,下面以他们的研究结果为基础分析蜘蛛大囊状腺的液晶纺丝过程。
Vollrath的研究认为”……,具有皮芯层结构的蜘蛛丝,其皮层和芯层的丝蛋白分别是由D.P.Knight、Fritz图2所示的腺体上的B区和A区分泌的。
分泌芯层丝蛋白的A区的上皮细胞由一种长长的柱状分泌细胞组成,并被腺体分泌的小粒包裹,这些细胞内含有水分并有很大的粘性,通常是含约50%蛋白的黄色液体,是蜘蛛牵引丝的主要蛋白。
当A区分泌物流向漏斗处时,被B区分泌的无色粘稠均匀液体包覆。
随着腺体内丝蛋白的流动,经过漏斗进入锥状的S形导管内,在该区域,液晶状纺丝液被拉伸并取向,使水溶性丝蛋白成为具有优异力学性能的蜘蛛丝纤维。
当纺丝液进入蜘蛛吐丝口前的牵引区时,因为管径的突然变小,纺丝液被快速拉伸,纺丝液分子进一步取向,并形成以氢键连接的反平行8一折叠构造。
丝纤维出吐丝口后,在空气中会被进一步地拉伸,阀门夹持住已基本成纤的蛛丝,使其在空气中的拉伸效果更加显著。
同时,蜘蛛具有随所处环境而自动调节丝纤维结构和性能的能力。
蚕的纺丝过程与蜘蛛有一定的相似之处,首先它们都是在常温常压下进行纺丝;第二,都属于液晶纺丝;第三,由纺丝器官控制纤维的分子结构、粗细及性能;第四,具有复合纺丝的特征,蜘蛛由腺体的不同部位分别分泌皮层和芯层物质,蚕由后部丝腺和中部丝腺分别分泌丝素和丝胶,并在前部丝腺“复合”。
对蚕的吐丝过程的研究分析表明…o,绢丝腺将多种纺丝技术巧妙地结合一起,而这在化学纤维纺丝中是没有实现的。