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絲綢，不僅是光澤華美的服裝材料，而且非常強韌。研究人員日前報道了一種能夠讓絲線更加強韌的新方法：給蠶喂食石墨烯和單壁碳納米管(Nano Lett. 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597)。他們說，這種升級版蠶絲可以用于制造耐用防護性面料、可生物降解的醫(yī)用植入物和環(huán)保型可穿戴電子設備。

在先前的研究中，研究人員用添加劑處理已紡好的蠶絲或者直接用添加劑飼喂桑蠶，來制備升級版“絲綢”。這些添加劑包括：染料、抗菌劑、導電聚合物和納米粒子。桑蠶，是以桑葉為食的蠶蛾的幼蟲，利用唾液腺中產生的絲蛋白溶液來吐絲結繭。

為了制造“碳加強版”蠶絲，清華大學的張瑩瑩教授和同事給桑蠶喂食噴灑了質量分數(shù)為0.2%的碳納米管或石墨烯水溶液的桑葉，待其結繭后，用標準絲綢生產方法收集蠶絲。對于已紡織好的絲綢，若要提升性能，需要將納米材料溶解于有毒化學溶劑中，并用其處理絲綢。與這種加工方法相比，喂食的方法更加簡單，也更加環(huán)保。

與普通蠶絲相比，這種“碳加強版”蠶絲的強度和韌性提升了一倍，同時也能在斷裂前多承受50%的拉力。張瑩瑩研究團隊將蠶絲纖維加熱到1050 °C來碳化絲蛋白，研究其結構和導電性能。與普通蠶絲不同的是，改良后的蠶絲能夠導電。拉曼光譜和電子顯微成像的結果顯示，這種“碳加強版”蠶絲纖維包含更加有序的晶體結構，這可能是因其含有納米材料的緣故。

但這種改進依然存在一些待解決的問題。一個是桑蠶是如何將納米材料結合到它們吐出的絲中。另一個則是在被桑蠶吃下的納米材料中，有多少真正轉化到了蠶絲中，而不是被排泄、分泌或代謝出來。張瑩瑩說，可能是由于納米粒子的含量太低，因此在這種絲的橫截面上幾乎看不見碳材料的蹤跡，而回答這些問題還需要生物學家們的不懈努力。

東華大學高分子系沈青教授在2014年報道了一項類似的工作，他給桑蠶喂食直徑30納米寬的多壁碳納米管，這同樣提升了蠶絲纖維的強度和韌性(Mater. Sci. Eng., C 2014, DOI:10.1016/j.msec.2013.09.041)。張瑩瑩說，其團隊使用的直徑更小的、1到2納米寬的單壁碳納米管“更適于整合到絲蛋白的晶體結構中”。

這項研究給工業(yè)界提供了一種“大規(guī)模生產高強度蠶絲纖維的簡單方法”，東華大學材料學院張耀鵬研究員說，他曾給桑蠶喂食二氧化鈦納米顆粒以制造能抵抗紫外線照射降解的超強蠶絲。他說，這種“碳加強版”蠶絲的導電性能或許能令它適用于制造嵌入式智能紡織品傳感器，并讀取神經信號。