项目名称: 基于多功能微流体芯片的动物丝蛋白的聚集态结构调控及仿生纺丝

项目编号: No.21274018

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张耀鹏

作者单位: 东华大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 蜘蛛和蚕利用类似于微流体通道的纺丝管动态调控纺丝液的组成和结构,进而在空气中制得高强高韧的动物丝。高性能动物丝的仿生纺丝是当前研究的热点和难点,了解动物丝蛋白在流动过程中的聚集态结构演化机理是制备高性能动物丝的关键问题之一。微流体技术可实现动物丝蛋白组装所需要的各种条件,但目前的仿生芯片功能单一,通道结构简单。本研究在前期工作的基础上,拟从模拟蜘蛛和蚕的多功能纺丝系统出发,设计制备具有离子调控、剪切拉伸、蛋白浓缩及纺丝四个功能的集成微流体芯片,验证微流体技术制备仿生微纺丝器的效果,构建再生丝素蛋白(RSF)水溶液的复杂流场,揭示RSF在复杂流场条件下的构象转变及聚集态结构调控机制。采用与蜘蛛和蚕纺丝工艺相似的微流体干法纺丝工艺,制备力学性能超过天然蚕丝的RSF纤维,探索超强韧RSF纤维的结构设计与力学性能调控,为制备力学性能接近或超过天然蜘蛛丝的人造动物丝提供新的思路与方法。

中文关键词: 丝素;动物丝;微流体;聚集态结构;仿生纺丝

英文摘要: Spider and silkworm produce strong and tough animal silks in air by means of dynamic adjustments of compositions and structures of the spinning dopes in their microfluidic spinning apparatus. The biomimetic spinning of high-performance animal silks is the current research focus with obvious bottleneck, while understanding the aggregation mechanism of animal silk protein during flow is one of the most important triggers for fiber processing. Microfluidic technology might be a perfect candidate to mimic the flow conditions and the multi-functions of the spinning apparatus of spider and silkworm. However, the current biomimetic microchips with simple channels perform single functions. Base on previous research, four functions of the natural spinning apparatus are integrated in a microfluidic chip in this study, such as ion adjustment, shear and elongation, protein concentration and fiber spinning. The bio-inspired microfluidic spinning apparatus is used to construct a complex flow field for regenerated silk fibroin (RSF) aqueous solutions. The aggregation mechanism and the conformation transition of RSF in the complex filed are investigated. By using a dry spinning process like those of silkworm and spider, the multifunctional microfluidic chip is applied to spin RSF fibers with expected mechanical properties excee

英文关键词: silk fibroin;animal silk;microfluidic;aggregation structure;biomimetic spinning

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