丝绸——光彩夺目、魅力四射的服装的材料——非常坚韧。研究人员现在报告了一种巧妙的方法，可以使这种纤细的丝线更加坚固和强韧：通过给蚕喂食石墨烯或单壁碳纳米管（Nano Lett. 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597）。他们说，蚕产生的增强丝绸可用于耐用防护织物、可生物降解的医疗植入物和环保可穿戴电子产品等应用。
研究人员以前曾向丝绸中添加染料、抗菌剂、导电聚合物和纳米颗粒——通过用添加剂处理纺丝丝绸，或者在某些情况下，直接将添加剂喂给蚕。蚕是吃桑叶的蚕蛾的幼虫，它们从唾液腺中产生的丝蛋白溶液中吐丝。
为了制造碳增强丝，张莹莹及其清华大学的同事给蚕喂食喷洒了水溶液的桑叶，水溶液含有0.2%重量的碳纳米管或石墨烯，然后在蚕结茧后收集丝绸，这与标准丝绸生产中的做法相同。处理已经纺好的丝绸将需要在有毒化学溶剂中溶解纳米材料并将它们应用于丝绸，因此喂食方法更简单且更环保。
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与普通丝绸相比，碳增强丝绸的韧性是普通丝绸的两倍，并且可以承受至少高出 50% 的应力才会断裂。该团队将丝纤维在 1,050 °C 下加热以碳化丝蛋白，然后研究了它们的导电性和结构。与普通丝绸不同，改性丝绸可以导电。拉曼光谱和电子显微镜成像表明，由于掺入了纳米材料，碳增强丝纤维具有更ordered的晶体结构。
一些问题仍然存在。其中一个问题是蚕究竟是如何将纳米材料掺入到它们的丝绸中的。另一个问题是蚕吃掉的纳米材料中有多少百分比进入了丝绸，而不是被排泄或以其他方式代谢掉。张莹莹说，碳材料在丝线横截面中不可见，这可能是因为纳米颗粒含量较低。她补充说，回答这些问题可能是生物学家的任务。
东华大学的聚合物化学家沈青在 2014 年报告了类似的工作，使用了 30 纳米宽的多壁碳纳米管，这也提高了丝纤维的强度和韧性（Mater. Sci. Eng., C 2014, DOI:10.1016/j.msec.2013.09.041）。张莹莹说，她团队使用的较小的 1 到 2 纳米宽的单壁纳米管“更适合掺入丝蛋白的晶体结构中”。
东华大学的材料科学家张耀鹏说，这项工作提供了一种“大规模生产高强度丝纤维的简便方法”，他曾给蚕喂食二氧化钛纳米颗粒，以制造抗紫外线降解的超强丝绸。他说，碳增强丝绸的导电性可能使其适用于嵌入智能纺织品中的传感器和读取神经信号。
本文经 Chemical & Engineering News （《化学与工程新闻》，© 美国化学学会）许可转载。这篇文章于 2016 年 10 月 5 日首次发表。