絲綢——光彩奪目、魅力四射的服裝的材料——非常堅韌。研究人員現在報告了一種巧妙的方法，可以使這種纖細的絲線更加堅固和強韌：透過給蠶餵食石墨烯或單壁碳奈米管（Nano Lett. 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03597）。他們說，蠶產生的增強絲綢可用於耐用防護織物、可生物降解的醫療植入物和環保可穿戴電子產品等應用。
研究人員以前曾向絲綢中新增染料、抗菌劑、導電聚合物和奈米顆粒——透過用新增劑處理紡絲絲綢，或者在某些情況下，直接將新增劑餵給蠶。蠶是吃桑葉的蠶蛾的幼蟲，它們從唾液腺中產生的絲蛋白溶液中吐絲。
為了製造碳增強絲，張瑩瑩及其清華大學的同事給蠶餵食噴灑了水溶液的桑葉，水溶液含有0.2%重量的碳奈米管或石墨烯，然後在蠶結繭後收集絲綢，這與標準絲綢生產中的做法相同。處理已經紡好的絲綢將需要在有毒化學溶劑中溶解奈米材料並將它們應用於絲綢，因此餵食方法更簡單且更環保。
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與普通絲綢相比，碳增強絲綢的韌性是普通絲綢的兩倍，並且可以承受至少高出 50% 的應力才會斷裂。該團隊將絲纖維在 1,050 °C 下加熱以碳化絲蛋白，然後研究了它們的導電性和結構。與普通絲綢不同，改性絲綢可以導電。拉曼光譜和電子顯微鏡成像表明，由於摻入了納米材料，碳增強絲纖維具有更ordered的晶體結構。
一些問題仍然存在。其中一個問題是蠶究竟是如何將奈米材料摻入到它們的絲綢中的。另一個問題是蠶吃掉的奈米材料中有多少百分比進入了絲綢，而不是被排洩或以其他方式代謝掉。張瑩瑩說，碳材料在絲線橫截面中不可見，這可能是因為奈米顆粒含量較低。她補充說，回答這些問題可能是生物學家的任務。
東華大學的聚合物化學家沈青在 2014 年報告了類似的工作，使用了 30 奈米寬的多壁碳奈米管，這也提高了絲纖維的強度和韌性（Mater. Sci. Eng., C 2014, DOI:10.1016/j.msec.2013.09.041）。張瑩瑩說，她團隊使用的較小的 1 到 2 奈米寬的單壁奈米管“更適合摻入絲蛋白的晶體結構中”。
東華大學的材料科學家張耀鵬說，這項工作提供了一種“大規模生產高強度絲纖維的簡便方法”，他曾給蠶餵食二氧化鈦奈米顆粒，以製造抗紫外線降解的超強絲綢。他說，碳增強絲綢的導電性可能使其適用於嵌入智慧紡織品中的感測器和讀取神經訊號。
本文經 Chemical & Engineering News （《化學與工程新聞》，© 美國化學學會）許可轉載。這篇文章於 2016 年 10 月 5 日首次發表。