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1、蚕丝的性能和生物材料学研究蚕丝不仅是纺织丝绸的纤维原料，同时也是一种极好的生物材料。近年来，蚕丝纤维性能的改造及丝蛋白在生物医学领域的应用研究受到了越来越多的关注。6月29日下午，复旦大学江湾校区的先进材料实验室里，生物谷通讯员就蚕丝以及丝蛋白在生物材料学领域的研究概况和生物医学上的应用前景对邵正中教授进行了访谈。邵正中是我国著名的高分子科学家，他及其带领的团队对包括蚕丝和蜘蛛丝在内的动物丝及丝蛋白的结构、力学性能以及纺丝进行了深入而广泛的研究，其研究成果发表在Nature、NatureMaterials、AdvancedMaterials、AdvancedFunctionalMaterial
2、s等一流国际期刊上，并获得教育部提名国家科学技术奖自然科学奖一等奖(2004)、教育部奖励计划特聘教授(2006)、上海市自然科学牡丹奖(2006)和上海市科学技术奖(自然科学)一等奖(2011)等荣誉，并获得国家杰出青年科学基金的资助(2005)。与蚕丝结缘1991年，邵正中在复旦大学高分子化学与物理专业获得博士学位，主要从事高分子科学的研究。对于为什么会选择蚕丝作为研究对象，邵正中表示：“选择蚕丝作为研究对象实际上在博士生期间就已经开始了。因为蚕丝是一种蛋白纤维，由于蛋白质是氨基酸与氨基酸通过肽键连接起来形成的分子量巨大的生物大分子，符合化学科学中高分子的标准，属天然高分子。高分子科学与生
3、命科学的交叉研究是一种趋势，蚕丝材料的获得非常容易，并且蚕丝业在中国又是一个重要的产业，在导师于同隐教授的鼓励和指导下，我选择了将蚕丝及丝蛋白作为一种高分子材料来研究。”蚕丝的纤维性能与家蚕吐丝的行为有关2002年，邵正中发现蚕丝的力学性能受到家蚕吐丝行为的影响，当蚕丝连续不断地以4mm/S的速度被抽出来，其延展性略高于蜘蛛丝，当将蚕丝以13mm/S的速度抽出时，其断裂能接近与于蜘蛛丝。该研究成果发表在Nature杂志上。针对蚕丝的力学性能与家蚕吐丝行为有关的问题，邵正中对此解释道：“从纤维的特点方面看，蚕丝和蜘蛛丝并没有本质的区别，都是一种蛋白纤维。蚕丝和蜘蛛丝纤维特性的差异主要是由纤维蛋白
4、的二级结构或二级以上的结构差异造成的，而这种结构差异主要是由于家蚕和蜘蛛宏观吐丝行为的不同造成的。”邵正中继续说道，“首先要弄明白的一点是无论蚕丝还是蜘蛛丝，其实是抽出来的，而不是吐出来的，了解了这一点对于理解蚕丝和蜘蛛丝的纤维差异与吐丝行为有关就变得非常容易。蜘蛛主腺体丝是在蜘蛛牵引的作用下连续不断的从丝腺中抽出来的，而蚕丝表面具有一层丝胶，丝胶具有黏性，家蚕通过头部八字形运动将蚕丝先固定在一点，然后把蚕丝从丝腺中抽出来粘在另外一点，如此反复运动从而结成圆形的茧。由于家蚕头部运动方向和速度的变化，造成蚕丝纤维在粘结点位置的分子聚集态的不均一性。这一粘结点位置有可能成为蚕丝纤维中最脆弱的点，并
5、且一根长纤维的蚕丝上具有无数个这样的点，这是影响天然蚕丝纤维性能最重要的原因。”然后，邵正中补充道：“蚕丝被抽出来的速度差异影响到蚕丝蛋白的分子取向排列，从而造成不同的吐丝速度形成的蚕丝纤维性能不同。”针对这一有趣的现象，生物谷通讯员向邵正中提出：“依据这一原理，能否设计一种方法用于改进生产中蚕丝的质量？”邵正中回答道：“理论上可行，但是实际中却有很多困难。家蚕幼虫的身体很软，头部的活动性很强，家蚕头部在摆动的过程中，稍不注意就会把蚕丝弄断。我们曾经试验了很多方法，抽出来最长的蚕丝没有超过两米。因此，要想连续不断地以特定的速度将蚕丝从家蚕的吐丝器中抽出来几乎行不通。”生物谷通讯员继续提问道：“
6、全世界有上千种家蚕品系，是否可以从行为学的角度筛选或繁育出能够生产高质量蚕丝的品系呢？”邵正中点点头，“或许可以，不同的家蚕品系之间由于体格或者行为的差异很可能影响到蚕丝最终的质量。”对于提高蚕丝质量的研究，邵正中提出：“由于蚕丝是一种蛋白纤维，相对于其它纤维，具有容易降解的特性。利用分子生物学和遗传学的方法将蚕丝纤维蛋白的一级结构进行修饰，或许能促进蚕丝纤维的稳定性，从而使蚕丝制品能够达到耐光、耐水的目的。”蚕丝蛋白越来越多的运用于生物医学中近几年来，以蚕丝蛋白作为生物材料应用到生物医学中的研究不断在高水平的国际期刊报道出来。邵正中对此说道：“由于蚕丝蛋白的来源简单、纯度高并具有良好的生物相
7、容性，越来越多的研究人员尝试使用蚕丝蛋白代替常规的生物医学材料如胶原蛋白等。蚕丝蛋白能够作为组织工程中提供干细胞生长的支架材料，也能够应用于骨再生的支撑材料。蚕丝蛋白也能够做成微球和生物黏合剂，分别用于药物分散的载体和手术创伤的缝合。”最后，邵正中说：“目前，蚕丝蛋白作为生物医学材料在临床上使用还面临许多的困难，但是经过科研人员的不断努力，蚕丝蛋白必将成为生物医学中广泛使用的生物材料。”蠶絲不僅是紡織絲綢的纖維原料，同時也是一種極好的生物材料。近年來，蠶絲纖維性能的改造及絲蛋白在生物醫學領域的應用研究受到瞭越來越多的關註。6月29日下午，復旦大學江灣校區的先進材料實驗室裡，生物谷通訊員就蠶絲以
8、及絲蛋白在生物材料學領域的研究概況和生物醫學上的應用前景對邵正中教授進行瞭訪談。邵正中是我國著名的高分子科學傢，他及其帶領的團隊對包括蠶絲和蜘蛛絲在內的動物絲及絲蛋白的結構、力學性能以及紡絲進行瞭深入而廣泛的研究，其研究成果發表在Nature、NatureMaterials、AdvancedMaterials、AdvancedFunctionalMaterials等一流國際期刊上，並獲得教育部提名國傢科學技術獎自然科學獎一等獎(2004)、教育部長江學者獎勵計劃特聘教授(2006)、上海市自然科學牡丹獎(2006)和上海市科學技術獎(自然科學)一等獎(2011)等榮譽，並獲得國傢傑出青年科學基
9、金的資助(2005)。與蠶絲結緣1991年，邵正中在復旦大學高分子化學與物理專業獲得博士學位，主要從事高分子科學的研究。對於為什麼會選擇蠶絲作為研究對象，邵正中表示：“選擇蠶絲作為研究對象實際上在博士生期間就已經開始瞭。因為蠶絲是一種蛋白纖維，由於蛋白質是氨基酸與氨基酸通過肽鍵連接起來形成的分子量巨大的生物大分子，符合化學科學中高分子的標準，屬天然高分子。高分子科學與生命科學的交叉研究是一種趨勢，蠶絲材料的獲得非常容易，並且蠶絲業在中國又是一個重要的產業，在導師於同隱教授的鼓勵和指導下，我選擇瞭將蠶絲及絲蛋白作為一種高分子材料來研究。”蠶絲的纖維性能與傢蠶吐絲的行為有關2002年，邵正中發現蠶
10、絲的力學性能受到傢蠶吐絲行為的影響，當蠶絲連續不斷地以4mm/S的速度被抽出來，其延展性略高於蜘蛛絲，當將蠶絲以13mm/S的速度抽出時，其斷裂能接近與於蜘蛛絲。該研究成果發表在Nature雜志上。針對蠶絲的力學性能與傢蠶吐絲行為有關的問題，邵正中對此解釋道：“從纖維的特點方面看，蠶絲和蜘蛛絲並沒有本質的區別，都是一種蛋白纖維。蠶絲和蜘蛛絲纖維特性的差異主要是由纖維蛋白的二級結構或二級以上的結構差異造成的，而這種結構差異主要是由於傢蠶和蜘蛛宏觀吐絲行為的不同造成的。”邵正中繼續說道，“首先要弄明白的一點是無論蠶絲還是蜘蛛絲，其實是抽出來的，而不是吐出來的，瞭解瞭這一點對於理解蠶絲和蜘蛛絲的纖維
11、差異與吐絲行為有關就變得非常容易。蜘蛛主腺體絲是在蜘蛛牽引的作用下連續不斷的從絲腺中抽出來的，而蠶絲表面具有一層絲膠，絲膠具有黏性，傢蠶通過頭部八字形運動將蠶絲先固定在一點，然後把蠶絲從絲腺中抽出來粘在另外一點，如此反復運動從而結成圓形的繭。由於傢蠶頭部運動方向和速度的變化，造成蠶絲纖維在粘結點位置的分子聚集態的不均一性。這一粘結點位置有可能成為蠶絲纖維中最脆弱的點，並且一根長纖維的蠶絲上具有無數個這樣的點，這是影響天然蠶絲纖維性能最重要的原因。”然後，邵正中補充道：“蠶絲被抽出來的速度差異影響到蠶絲蛋白的分子取向排列，從而造成不同的吐絲速度形成的蠶絲纖維性能不同。”針對這一有趣的現象，生物谷
12、通訊員向邵正中提出：“依據這一原理，能否設計一種方法用於改進生產中蠶絲的質量？”邵正中回答道：“理論上可行，但是實際中卻有很多困難。傢蠶幼蟲的身體很軟，頭部的活動性很強，傢蠶頭部在擺動的過程中，稍不註意就會把蠶絲弄斷。我們曾經試驗瞭很多方法，抽出來最長的蠶絲沒有超過兩米。因此，要想連續不斷地以特定的速度將蠶絲從傢蠶的吐絲器中抽出來幾乎行不通。”生物谷通訊員繼續提問道：“全世界有上千種傢蠶品系，是否可以從行為學的角度篩選或繁育出能夠生產高質量蠶絲的品系呢？”邵正中點點頭，“或許可以，不同的傢蠶品系之間由於體格或者行為的差異很可能影響到蠶絲最終的質量。”對於提高蠶絲質量的研究，邵正中提出：“由於蠶
13、絲是一種蛋白纖維，相對於其它纖維，具有容易降解的特性。利用分子生物學和遺傳學的方法將蠶絲纖維蛋白的一級結構進行修飾，或許能促進蠶絲纖維的穩定性，從而使蠶絲制品能夠達到耐光、耐水的目的。”蠶絲蛋白越來越多的運用於生物醫學中近幾年來，以蠶絲蛋白作為生物材料應用到生物醫學中的研究不斷在高水平的國際期刊報道出來。邵正中對此說道：“由於蠶絲蛋白的來源簡單、純度高並具有良好的生物相容性，越來越多的研究人員嘗試使用蠶絲蛋白代替常規的生物醫學材料如膠原蛋白等。蠶絲蛋白能夠作為組織工程中提供幹細胞生長的支架材料，也能夠應用於骨再生的支撐材料。蠶絲蛋白也能夠做成微球和生物黏合劑，分別用於藥物分散的載體和手術創傷的縫合。”最後，邵正中說：“目前，蠶絲蛋白作為生物醫學材料在臨床上使用還面臨許多的困難，但是經過科研人員的不斷努力，蠶絲蛋白必將成為生物醫學中廣泛使用的生物材料。”
