蚕丝由家蚕5龄幼虫的不同丝腺合成 。 中部丝腺和后部丝腺分别合成丝胶蛋白和丝素蛋白 ， 经过一系列的pH梯度变化及钾离子和钙离子浓度的调节后 ， 丝蛋白向前部丝腺的压丝部移动 ， 最终由吐丝孔牵引而出 ， 固化为蚕丝 。 在上述过程中 ， 蚕丝蛋白的结构由α－螺旋或不规则卷曲β－折叠转变 ， 使得蚕丝获得了更好的力学性能 。 在蚕丝蛋白纤维化的过程中 ， 前部丝腺发挥了重要作用 。
作为唯一可以量产的天然长丝纤维 ， 蚕丝具有较好的吸湿性能 ， 同时也极为强韧 。 但涤纶、氨纶、腈纶等合成纤维的大量制造 ， 不断变化的市场需求 ， 以及天然蚕丝抗皱性能差、易泛黄、抗静电性能差、易起毛球等缺点 ， 使得其相关纺织品产业受到巨大冲击 。 不过 ， 蚕丝并没有因此而下线 ， 而是在穿过科学家们的“清奇脑洞”之后 ， 焕发了第N春 ， 成为材料界的“新网红” 。
作为材料界的“流量担当” ， 石墨烯和碳纳米管这两种碳材料可谓是集万千宠爱于一身 ， 学术界和工业界都对它们青睐有加 。 它们如此受欢迎 ， 是不是可以带着蚕丝“一起飞”？当然可以 ， 并且“飞起”的方式有很多种：浸渍、喷涂、旋涂、化学交联等 ， 从而将石墨烯／碳纳米管附着于蚕丝表面 。 但有人觉得这种方法太复杂 ， 便直接给蚕宝宝喂食石墨烯/碳纳米管 ， 来提升蚕丝的性能 。

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碳纳米管结构
2016年 ， 来自清华大学化学系的张莹莹副教授团队发表在国际纳米领域顶级杂志《纳米快报》（Nano Letters）的一篇题目为《以单壁碳纳米管或石墨烯喂养蚕 ， 以获得增强的蚕丝纤维》（Feeding Single-Walled Carbon Nanotubes or Graphene to Silkworms for Reinforced Silk Fibers）的文章 ， 吸引了很多人的目光 。

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正在进食的蚕
研究团队在蚕宝宝3龄时开始喂食喷洒了石墨烯/碳纳米管水溶液的桑叶 ， 一直持续到蚕宝宝吐丝结茧 。 结果发现 ， 如此获得的蚕丝在强度和韧性上比空白对照样品显著提高 ， 而且这些含有石墨烯/碳纳米管的蚕丝经过高温碳化处理后 ， 形成的碳化纤维导电率显著提高 。 他们还发现 ， 喂食少量的石墨烯/碳纳米管对蚕的生长和蚕茧的形貌没有明显影响 ， 且蚕丝和蚕的排泄物中存在碳纳米材料 。

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给蚕喂食石墨烯/碳纳米管实验过程示意（图片来源/ACS Publications）
蚕丝除了可以跟石墨烯/碳纳米管“合作” ， 还可以跟二氧化钛、二氧化硅纳米颗粒形成复合材料；同时 ， 其经过静电纺丝和高温碳化处理可形成具有高导电性的石墨化微晶纳米纤维膜 。 因此 ， 蚕丝及其衍生材料在柔性可穿戴设备、智能织物等领域具有较大的应用潜力 。
就在8月11日 ， 《自然-纳米技术》上刊登了中科院上海微系统与信息技术研究所研究员陶虎课题组联合美国纽约州立大学石溪分校和得州大学奥斯汀分校相关课题组首次实现基于蚕丝蛋白的高容量生物存储的报道 。
随着人类活动对信息依赖程度的日益提高 ， 信息产生量和信息种类呈指数级增长 ， 对信息存储条件的要求也越来越苛刻 。 当前的半导体存储技术越来越难满足日益增长的信息存储需求 。
科学家们在一种古老天然产物中找到了新灵感 。 得益于蚕丝蛋白所具备的自身特性 ， 结合高精度近场快速读写手段 ， 此次研发的蚕丝蛋白存储器作为一种高容量、高可靠性的新型存储技术 ， 具有如下优势：1）存储容量大（~ 64 GB/inch2）；2）原位可多次重复擦写；3）能在高湿度（90 RH%）、高磁场（7 T）或强辐射（25 kGy）等恶劣环境下长期稳定工作；4）可以同时存储二进制数字信息以及与生命活动直接相关的生物信息；5）可以植入生物体永久保存 ， 也可以在预设的时间内可控降解 。

稿源：(知识就是力量杂志)

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标题：蛋白质|蚕丝：四千多岁的“新”材料( 二 )