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新仿生時(shí)代,,新絲綢之路

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核心提示:人類第一次學(xué)會(huì)剝繭抽絲,,利用生物材料紡線制衣,開創(chuàng)了一條連結(jié)東西方的絲綢之路,。從天然纖維到“六大綸”等人工纖維,,人們基于仿生原理,,發(fā)明了無(wú)數(shù)種新纖維,,編織出美好生活。而今,,在纖維科技領(lǐng)域,,科學(xué)家和工程師不曾停止對(duì)生靈萬(wàn)物的學(xué)習(xí)與借鑒。在這個(gè)新的仿生時(shí)代,,將辟出一條新的絲綢之路,。
     人類第一次學(xué)會(huì)剝抽絲,利用生物材料紡線制衣,,開創(chuàng)了一條連結(jié)東西方的絲綢之路,。從天然纖維到“六大綸”等人工纖維,人們基于仿生原理,,發(fā)明了無(wú)數(shù)種新纖維,,編織出美好生活。而今,,在纖維科技領(lǐng)域,,科學(xué)家和工程師不曾停止對(duì)生靈萬(wàn)物的學(xué)習(xí)與借鑒。在這個(gè)新的仿生時(shí)代,,將辟出一條新的絲綢之路,。
  更細(xì)、更強(qiáng),、更美
  通常情況下,,長(zhǎng)度比直徑大1000倍以上,且具有一定柔韌性和強(qiáng)力的纖細(xì)物質(zhì),,就被稱為“纖維”,。
  東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)朱美芳教授介紹,纖維其實(shí)是人類最早開始利用的天然材料之一,,也是人類最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,,大大推動(dòng)了人類文明進(jìn)步。早在1萬(wàn)多年前的原始社會(huì),,我們祖先就開始利用棉,、毛、絲,、麻等天然纖維,,之后逐漸發(fā)展出紡織技術(shù)。追溯到公元前3000多年,,四大文明古國(guó)都有關(guān)于天然纖維使用和紡紗織布的記載,。距今五六千年前,我國(guó)開始養(yǎng)蠶,、取絲,、織綢,。從商代出土的文物可知,當(dāng)時(shí)織造技術(shù)已使用多種真絲,,絲綢生產(chǎn)初具規(guī)模,。至漢唐盛世,橫貫歐亞大陸的絲綢之路,,將絲綢工藝傳至波斯,、阿拉伯、埃及,,直至15世紀(jì)進(jìn)入歐洲,。
  與天然纖維的悠長(zhǎng)歷史相比,化學(xué)纖維的歷史相對(duì)很短,。最著名的化纖莫過(guò)于世界上第一種合成纖維,,美國(guó)杜邦公司將其命名為“尼龍(Nylon)”。1939年,,杜邦公開銷售尼龍長(zhǎng)襪引發(fā)轟動(dòng),,搶購(gòu)場(chǎng)面之混亂,以至于警察出動(dòng)才能維持秩序,。
  “像蛛絲一樣細(xì),,像鋼絲一樣強(qiáng),像絹絲一樣美”,,世人曾用這樣的語(yǔ)句來(lái)贊譽(yù)尼龍纖維,。盡管有點(diǎn)“過(guò)獎(jiǎng)”,但這的確是人類對(duì)紡織纖維性能的一種期許,,至今基本未變,。
  絲來(lái)何處?桑蠶到蜘蛛
  春蠶吐絲,,為人馴化,,蠶絲纖維成為一種源于生物質(zhì)的原生纖維。如今,,通過(guò)基因工程改質(zhì),,這種取自大自然的纖維資源可實(shí)現(xiàn)超值應(yīng)用。因?yàn)檗D(zhuǎn)基因已從“吃”到“穿”,,進(jìn)入紡織品領(lǐng)域——轉(zhuǎn)入蜘蛛蛋白基因的桑蠶絲產(chǎn)品,,纖細(xì)、柔軟,、親膚性良好,。
  在國(guó)家生物工程重大項(xiàng)目支持下,我國(guó)于2003年完成第一張桑蠶基因組框架圖,,2008年又完成了桑蠶基因組精細(xì)圖譜,,桑蠶基因組測(cè)序?yàn)闃?gòu)建轉(zhuǎn)基因桑蠶絲工程奠定了基礎(chǔ)。東華大學(xué)副校長(zhǎng)俞建勇院士介紹,,目前轉(zhuǎn)基因桑蠶絲就包括蜘蛛蛋白基因桑蠶絲,、彩色桑蠶絲等。
  例如,,在桑蠶絲蛋白基因中嵌入部分源自蜘蛛包卵絲蛋白的基因,,可使得桑蠶絲蛋白中含有一定量的蜘蛛包卵絲蛋白,改變并提升傳統(tǒng)桑蠶絲性能,。桑蠶絲本身也在改良改性,,我國(guó)高等研究機(jī)構(gòu)已培育出多種彩色桑蠶絲品種,2009年前主推了黃色品種,,2009年以來(lái)已生產(chǎn)推出了黃,、綠、紅等顏色,,來(lái)自絲綢之鄉(xiāng)的高校院所正與企業(yè)聯(lián)合推進(jìn)彩色桑蠶絲及其應(yīng)用項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化,。當(dāng)然,現(xiàn)階段彩色蠶絲仍面臨色牢度不足的技術(shù)瓶頸,,由基因工程賦予的五顏六色還不易耐久,。
  既然蠶絲已被用了幾千年,“蜘蛛俠”身上的蛛絲有沒有利用價(jià)值,?據(jù)了解,,蜘蛛絲具有強(qiáng)度高、彈性大,、抗輻射,、熱穩(wěn)定、耐疲勞,、可降解等特性,,也是一種優(yōu)質(zhì)的天然生物材料,在軍工,、航空航天,、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。但其應(yīng)用基礎(chǔ),,與蠶絲一樣,,在于認(rèn)知和掌控其蛋白基因。
  在蜘蛛絲蛋白基因研究領(lǐng)域,,東華大學(xué)化工生物學(xué)院最近傳出消息:孟清教授課題組歷經(jīng)6年攻關(guān),,取得重大進(jìn)展。他們?cè)谑澜缟鲜状魏Y選獲得了一種蜘蛛絲蛋白質(zhì)全長(zhǎng)基因,,這種基因是蜘蛛用來(lái)編碼它們的捕獲絲的,。
  孟清介紹,,蜘蛛絲纖維由基因編碼的蛋白質(zhì)組成,共有拖絲,、捕獲絲,、鞭毛絲、包卵絲,、包裝絲,、固著絲等6個(gè)品種。迄今,,世界上只有美國(guó)加州大學(xué)課題組克隆獲得了其中的拖絲蛋白全長(zhǎng)基因,,而中國(guó)此次取得的科研成果填補(bǔ)了又一種克隆基因的空白。
  據(jù)悉,,東華課題組已利用蛋白質(zhì)剪接技術(shù),,建立起高效表達(dá)蛋白質(zhì)的連接系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了蜘蛛絲蛋白的體外合成,。同時(shí),,他們通過(guò)靜電紡和水紡技術(shù),初步獲得了基因工程仿生蜘蛛絲纖維,。這項(xiàng)成果有助于進(jìn)一步解析蜘蛛絲蛋白的結(jié)構(gòu)和功能,,探索其成絲機(jī)理,并制備優(yōu)良的仿生蛛絲纖維,。
  海中尋找“新絲路”
  為人類所用的纖維來(lái)源正從陸地拓展至海洋,。同為生物質(zhì)纖維,蠶絲,、蛛絲都是生物質(zhì)原生纖維,,而來(lái)自海中的海洋生物質(zhì)纖維,則屬于生物質(zhì)再生纖維,。
  你可能想不到,,這種纖維以藻類與蝦蟹等水產(chǎn)品外殼為原料。其具體來(lái)源很多,,包括海洋動(dòng)物纖維,,如甲殼素纖維、甲殼素衍生物纖維,;以及海洋植物纖維,,如海藻酸鹽纖維、卡拉膠纖維,、瓊膠纖維等,。
  俞建勇院士認(rèn)為,這類生物纖維既不依賴石油等化學(xué)工業(yè),又不在栽培養(yǎng)殖中與糧食爭(zhēng)地,,開辟了纖維材料的第三種原料來(lái)源,,符合纖維材料綠色、環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì),。同時(shí),,它們可以賦予纖維以特殊性能,,如“殼聚糖纖維”具有天然的抑菌性,、生物活性、吸附性,,其純紡抑菌率達(dá)99%以上,,混紡則達(dá)75%,每克殼聚糖纖維可吸附約66.6毫克甲醛,。另外一例,,如海藻酸纖維,天然具備阻燃性和防輻射功能,,可變廢為寶,、化害為利。
  專家認(rèn)為,,殼聚糖纖維是世上少有的天然具備無(wú)毒,、防霉、抗菌,、阻燃,、抗靜電五大功能的纖維品種。在紡織服裝領(lǐng)域,,殼聚糖纖維特別適合做床上用品,、內(nèi)衣、襪子,、毛巾等親膚性產(chǎn)品,。它還可用于醫(yī)用紡織品、放射物質(zhì)的屏障用布,、從事核工業(yè)人員的勞動(dòng)防護(hù)用品,,甚至可成為煙草工業(yè)的煙草過(guò)濾嘴材料,以及用作凈水器和特別用途的空氣過(guò)濾器材料等,。
  產(chǎn)業(yè)化方面,,生產(chǎn)殼聚糖纖維的主要原料是殼聚糖,也就是甲殼素脫去乙?;蟮漠a(chǎn)物,,而甲殼素就部分來(lái)自常見的蝦皮蟹殼。目前,我國(guó)企業(yè)殼聚糖纖維等生物質(zhì)纖維已突破關(guān)鍵技術(shù),,并具備工業(yè)化產(chǎn)能基礎(chǔ),,總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。同樣,,基于海洋藻類的百噸級(jí)海藻酸鹽纖維生產(chǎn)裝置也在企業(yè)試車成功,,相關(guān)產(chǎn)品已推向市場(chǎng)。
  據(jù)規(guī)劃,,到2015年,,我國(guó)生物質(zhì)化學(xué)纖維及其原料產(chǎn)量將由2012年的300萬(wàn)噸提高到510萬(wàn)噸,年均增長(zhǎng)17%,,總產(chǎn)值可逾千億元規(guī)模,。

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