丝素蛋白：从分子结构到力学功能
为什么研究丝素
丝素蛋白是自然界最优异的结构蛋白之一。单根蚕茧纤维同时具备高强度和超越Kevlar的韧性。
层级结构
| 尺度 | 特征 | 力学作用 |
|---|---|---|
| ------ | ------ | --------- |
| 1-10 nm | β-折叠结晶 | 刚度、交联节点 |
| 10-100 nm | 晶区/非晶区 | 牺牲键增韧 |
分子组成
- H链 (~390 kDa)：Gly-Ala-Gly-Ser重复序列形成β-折叠
- L链 (~26 kDa)：二硫键连接
- P25糖蛋白：维持链化学计量比
工艺-结构-性能关系
| 处理步骤 | 结构变化 | 性能变化 |
|---|---|---|
| --------- | --------- | --------- |
| 脱胶 | 去除丝胶 | 纤维分离 |
| LiBr溶解 | 蛋白变性 | 失去结晶性 |
| 甲醇处理 | β-折叠生成 | 增加刚度 |
| 牵伸 | 分子链取向 | 增加强度 |
实验建议
- 脱胶时间很关键：过度沸煮会降解H链
- 含水量强烈影响力学性能
- AFM表征用PeakForce QNM获取纳米模量分布
- Keten, S. et al. (2010). Nature Materials, 9, 359-367.