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              > 通信 >

              細蠶絲“織出”功能纖維大產業

              時間:2023-08-17 14:07:02       來源:科技日報

              鄭敏教授指導學生測試多功能面料的光熱性能。受訪者供圖

              近日,占地3000平方米的絲蛋白生產基地和GMP標準化研發中心在杭州臨安建成。蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室王曉沁教授的研發團隊將在這里,用一根根蠶絲“織出”功能纖維的大產業。

              從“一根桑蠶絲”到“一根化纖絲”,從“纖維”到“新材料”,作為國內紡織絲綢行業唯一的國家工程實驗室,蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室不僅承擔了絲蛋白基醫療器械的研發任務,還實現了大分子絲蛋白年產量10噸的批量生產。


              【資料圖】

              面向國家戰略需求,攻克行業關鍵技術難題,在探索中求變,在創新中領跑……近年來,該實驗室持續聚焦新型功能性纖維材料、新型生物醫用材料、纖維材料綠色低碳制造、纖維材料數字化智能制造及檢測體系四大方向,攻克了30多項產業關鍵技術,取得了一系列原創性突破。

              材料科學開啟纖維新賽道

              不用打針吃藥,只要在皮膚上一貼就能讓藥物經皮下血管直達病灶……絲素蛋白智能微針經皮給藥系統著實讓人驚嘆。

              “我們將蠶絲制成微針,借助絲素蛋白易提純、可降解、天然無毒、無免疫原性等特點,實現經皮給藥?!碧K州大學盧神州教授說,蠶絲主要由絲膠蛋白和絲素蛋白組成,對人體友好,是制備微針的良好材料。

              “先把絲素蛋白做成溶液,經過結構調控,澆入微米級模具,干燥后就制成了微針?!北R神州介紹說,在一個0.5平方厘米的貼片上,有225根微米級的細針,可以遞送1毫克以上的藥物,就像使用創可貼一樣簡單。由于微針短而細小,不觸及神經和血管,因此實現了無痛給藥。與此同時,他們通過對絲素蛋白聚集態結構的有效控制,實現了藥物的緩釋。

              蠶絲是集輕、柔、細于一體的天然纖維,經過高科技的“塑造”,如今它早已超越了紡織面料的傳統用途,展現出在健康醫療、智能感知等領域的廣闊應用前景。

              蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室方劍教授開發的智能纖維材料,將柔性纖維與傳感器合二為一,能夠準確監測人體的呼吸、心率以及運動幅度;李剛教授開發的醫用蠶絲縫合線,搭載絲素蛋白的載藥技術,可以長效抗菌抗炎,廣泛應用于各種外科手術。

              作為國際競爭的重點領域,先進功能性纖維在纖維材料產業體系中具有核心地位和關鍵價值。生物基纖維是可循環使用的綠色纖維,也是纖維產業的發展方向。此前,生物基PTT纖維技術一直被國外壟斷。直到蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室與共建單位開發出具有自主知識產權的生物基PTT聚酯纖維成套生產技術,使我國成為擁有完整產業鏈的生物基纖維生產國,目前PTT及復合纖維產能已達50萬噸。

              近年來,實驗室面向世界科技前沿,在纖維材料領域攻克10余項行業關鍵技術難題,取得50項技術成果,獲批200多項專利,成為我國現代絲綢產業最重要的技術開發平臺和創新基地之一。

              基因改造助力纖絲強而優

              1972年,長沙馬王堆辛追夫人墓出土了一件素紗單衣,它薄如蟬翼,似云霧般輕柔,這件西漢時期紡織技術巔峰之作自然少不了蠶絲的參與。

              如今,歷經千年綿延不衰的蠶絲,在基因工程的加持下又有了新突破。蘇州大學蠶桑研究所所長李兵教授利用12個家蠶種質資源,開展分子標記輔助育種,最終育成“蘇秀春豐”新品種家蠶。

              “將這個品種的家蠶吐出的蠶絲制備成生絲(20/22D),其強度達到96.2厘牛(cN),比市場主流品種提升13%,是目前強度最大的蠶絲?!崩畋f,蠶絲直徑僅為頭發絲的十分之一,為了提高紡織效率和絲綢質量,提高蠶絲強度顯得尤為重要,“蘇秀春豐”推廣后,下游紡織廠的紡絲速度一下子提高10%,大大提升絲綢產品的競爭力。

              中國是絲綢的發源地,絲綢產量占世界的80%。但是合成纖維的問世,引發了市場需求的深刻變化,加之天然蠶絲自身的缺點,絲綢產業受到巨大沖擊。

              不過,蠶絲并沒有因此退出歷史舞臺,基于蠶寶寶吐絲的靈感而衍生的新型纖維材料,在現代科技的加持下也創造出不是真絲似真絲的價值,充分彌補了蠶絲天然產量的不足,極大拓展了蠶絲的應用領域。

              “這件衣服摸上去有絲滑感,穿上去有親膚感,水滴上去吸濕快散,汗沾上去瞬間無味?!碧K州大學鄭敏教授從包里掏出一套T恤短褲向記者介紹,她領銜的納盾協同創新團隊研發的多功能原位聚合化學纖維,從分子水平上將納米活體礦石鍵入合成纖維大分子鏈中,破解了從纖維原料端實現多功能集成這一世界難題。

              這項技術還在醫療領域大放異彩,用該纖維制成的抗菌自修復醫用敷料已進入山東第一醫科大學第三附屬醫院預臨床試驗階段,成為紡織、材料化學、醫學等各學科交叉融合的結晶,已獲國內國際發明專利48項。

              走過數千年,蠶絲依然吸引著世人的目光,科學家也在這種古老天然產物中不斷找到新靈感。最早開始馴化蠶的古人何曾想到,數千年后,蠶絲已成為散發著現代科學技術魅力的“新材料”。近年來,蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室已成為國內絲綢行業最高學術研究中心,提高了絲綢和功能纖維產業的核心競爭力,實驗室參與的國家、省級重大工程項目達40余項,帶動間接經濟效益110億元。

              延伸閱讀

              高端科技實現紡織綠色蝶變

              目前,蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室針對纖維材料染色、著色等行業痛點,還先后開發了超臨界二氧化碳無水前處理、匹染、纖染及功能性后整理,以及光子晶體結構生色等20余項技術成果,助力我國纖維產業轉型發展實現破局闖關、綠色蝶變。

              “我們模仿蝴蝶翅膀,設計了一種200—400納米的微納結構,簡單來講,就是一個個小球堆積成的微納結構,可以與可見光產生相互作用,呈現出各種顏色?!碧K州大學紡織與服裝工程學院院長張克勤介紹。

              基于這一原理,科研團隊實現了在結構色纖維研發上的突破,研發出全球首個結構色纖維產品,讓傳統的絲綢展現絢麗奪目的結構色,并有望解決真絲印染過程中的污染難題。

              “未來我們會看到,這種通過結構色產生的隱身車衣,更進一步地豐富了汽車涂料、汽車的顏色?!睆埧饲诟嬖V記者。

              隨著“雙碳”目標的提出,國家對紡織產業綠色化發展的要求日益緊迫。

              “傳統的印染以水為介質,印染廢水含有大量的漿料、染料、表面活性劑、酸堿及鹽等化學品,對生態環境造成了沉重負擔?!碧K州大學龍家杰教授介紹,為解決這個行業共性難題,他們組建了“超臨界無水染整技術”研發團隊。

              經過近20年的研發,他們攻克了關鍵技術,在國際上首次成功研制出織物超臨界二氧化碳流體動態染色技術,解決了高品質無水染色的難題。

              龍家杰介紹,超臨界二氧化碳流體是一種綠色、生態、環境友好的介質,在染色加工過程中織物呈干燥狀態,染色產品無需烘干及常規染后清洗。染色時也不用添加染色助劑,沒有染色廢水及其他廢棄物產生,染后也不需任何化學方法處理,可徹底實現清潔、綠色、生態、環?;庸?。(記者 張曄)

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