一百多年以来，科学家和工程师们一直试图完全理解蚕和蜘蛛吐丝中的奥秘。作为自然界中最丰富的蛋白质材料之一，天然蛋白质的应用研究已经从传统的纺织工业拓展到了光学、电子、生物医学和环境工程等高科技领域，并涌现了多种人造丝的制备方案。

　　然而，大多数人造丝材料的性能仍然无法与天然丝材料相媲美，天然丝往往表现出比再生丝纤维更高的机械性能。更吸引人注意的是，天然丝的多功能性模糊了材料和器件的界线。比如，蜘蛛丝不仅单纯用于构建蛛网，同时是蜘蛛使用的功能性装置，如负载感应、救生索和飞行气球。而对于再生丝来说，结构与功能的结合仍然是材料工程中的一个重大挑战。因此对我们的研究工作提出了许多问题：

　　如何优化再生蚕丝材料的结构-性能-功能关系？
      仿生纺丝技术是否可以达到需求？
      先进的集成化的纺丝体系是否可以生产出超高性能、多功能的纤维/复合纤维材料？
    　……

　　近期，上海科技大学凌盛杰教授团队在Elsevier期刊Composites Communications上发表了题为“Bioinspired and biomimetic silk spinning”的综述性文章。系统总结了自然纺丝的原理过程，以及近年来科研人员在仿生设计、制造及功能化再生丝材料研究领域取得的最新进展。

　　蜘蛛和蚕是自然界中杰出的材料、工程大师。它们利用最简单和绿色的方法设计和纺制出具有无与伦比机械性能的丝纤维。该综述描述了实验室中模拟蜘蛛和蚕设计和制造丝纤维的过程，所开发出的多种人工纺丝技术及工作机理（图1）。

图1，仿生人工纺丝过程。A模拟天然纺器中pH梯度下降的人工纺丝系统。B 通过微流控通道模拟天然纺器的特定几何形状。C 使用向列丝微纤维溶液模拟自然液晶纺丝过程的干纺工艺。

　　这些仿生的方法大大提高了再生丝纤维的机械性能，并为进一步的材料功能化提供了更多可能。在这篇综述论文中，作者重点总结了最新的生物启发再生丝纤维纺丝技术。分为四个不同的类别，包括：（1）模拟自然纺丝环境；（2）模拟自然纺器的几何结构；（3）利用具有向列结构的纺丝溶液；以及（4）集成的仿生纺丝策略。

     以上策略不仅可以实现再生丝力学性能的不断提升，同时还可实现复合纤维的连续制备以及多功能集成。使传统丝材料具有了导电性、环境响应性等多种新功能（图2）。综述的最后，作者对于该领域中存在的挑战以及高性能再生丝材料的主要应用前景进行了总结和展望。

图2，功能化再生丝纤维。A一种表面复合碳纳米管导电层的再生丝纤维示意图及微观结构SEM照片。B 这种复合纤维可缝在普通衣物上。C，D 这类复合纤维编织成的织物对手指压力以及呼吸的响应性。

作者简介

　　凌盛杰，男，上海科技大学物质科学与技术学院，助理教授，研究员，博士生导师。长期从事丝纤维和丝蛋白材料的结构表征与应用开发的研究工作，先后在复旦大学、瑞士苏黎世理工学院、瑞士保罗·谢勒研究所、塔夫茨大学和麻省理工学院学习和工作。利用同步辐射红外光谱、红外光谱成像技术、同步辐射X射线透射显微分析技术取得了一系列的研究成果。同时，开发了一系列“自上而下”和“自下而上”的方法来获得丝纳纤，并开发了丝纳纤在如超滤膜和生物相容电路基板等领域的应用。先后在Science Advances, Nature Communications, Nature Reviews Materials, Advanced Materials, Nano Letters, Advanced Functional Materials, Biomaterials等杂志发表相关论文30余篇。相关研究被MIT News两次报道，并被Nature Reviews Materials作为重点关注介绍。目前所带领的课题组主要从事天然材料结构-功能解析；仿生材料、生物纳米材料和生物功能材料的开发与应用的研究工作。