微流体仿生通道中流动态再生丝素蛋白水溶液的液晶态结构转变

蜘蛛和蚕在常温常压下以水为溶剂，耗用很少能量就能制得高、强、韧的纤维。它们在类似于微流体通道的狭长纺丝管中不断调整纺丝液的组成和结构，最终实现液晶纺丝，使蛋白质大分子链由无规线团/α-螺旋转变为β－折叠构象。目前人类通过湿法纺丝等工艺制得的人造丝蛋白纤维力学性能仍较差。申请者课题组在以家蚕丝素蛋白为模型的仿生纺丝研究中，发现丝素浓度、金属离子、pH值、剪切等众因素的协同作用可使丝素蛋白水溶液转变为可纺凝胶状液体，并实现干法纺丝。但由于仍未实现液晶纺丝，丝的性能与天然纤维有很大差距。为此，本项目拟以再生丝素蛋白水溶液为初始纺丝液，设计多支路微流体装置，对蚕的纺丝管和纺丝过程进行模拟，通过金属离子、pH值的在线调节以及纺丝液的在线拉伸和剪切，控制纺丝液在流动过程中的结构转变，实现液晶纺丝，并研究柔性丝素蛋白分子的液晶形成机理，为仿生制备高性能丝蛋白纤维奠定基础。