來自塔夫茨大學、倫敦帝國學院及密西根大學的研究人員開發出一種新方法，無需溶解纖維或使用合成添加劑，即可將天然絲綢轉化為超強固體材料。所產生的材料在強度和韌性方面與先進的複合材料相媲美，同時保持生物相容性，並可調整以用於醫療應用。研究團隊並非將絲綢分解為蛋白質再重建，而是直接使用控制的熱量和壓力將對齊的絲綢纖維融合在一起。此過程保留了絲綢原有的分子結構，使最終材料能夠保留纖維的自然強度。
研究人員表示，融合的絲綢在拉伸韌性方面超過了骨骼和木材，接近 Kevlar 的表現，並且相較於某些碳纖維增強聚合物複合材料顯示出更高的彈道衝擊抗性。
塔夫茨大學工程學院的研究助理教授李春梅表示：「這一過程將天然纖維分解為單個絲綢纖維蛋白，然後再將其處理成新形狀，因此會損失原有纖維的許多內在強度。使用這種新方法，無需溶解絲綢，我們只需對齊纖維並施加熱量和壓力，它們便能在一步驟中融合在一起。」這種材料的起始材料為商業可用的絲綢蠶繭纖維，主要用於紡織製造。研究人員首先使用温和的碳酸鈉溶液去除纖維上的黏性外層（絲膠）。
然後，這些纖維在精確控制的温度和壓力下進行對齊和熱壓。
新方法將天然絲綢轉化為超強固體材料
在加熱過程中，絲綢蛋白結構中較為流動的部分柔化到足以使相鄰的纖維結合在一起，同時保留了負責強度和靈活性的結晶區域。塔夫茨大學的工程學教授大衞·卡普蘭表示：「絲綢就像一種複合材料，纖維蛋白有一部分是更為流動的非晶相，還有部分蛋白鏈折疊形成層狀表面，疊加成結晶結構。」研究人員發現最佳的加工窗口為 257 至 419 華氏度，壓力範圍為 1,900 至 9,800 個大氣壓。過少的熱量或壓力會產生較弱的結構，而過高的温度則會使材料變得脆弱。
最終結構在微觀層面上類似木材，對齊的纖維束緊密結合，以有效分配應力。根據研究人員的説法，這種分層結構有助於材料異乎尋常的韌性和耐用性。
該團隊還測試了融合絲綢的生物醫學應用。動物研究顯示，該材料僅觸發輕微的免疫反應，且隨時間減少。研究人員發現，他們可以透過調整加工條件來調控材料的降解速度。密度較低的融合版本允許細胞逐漸滲透，而密度較高的形式則抵抗降解，並在較長時間內保持穩定。李春梅表示：「我們可以根據所使用的條件控制材料的降解速度。」研究人員相信，鑒於其強度和生物相容性，該材料最終可用於正骨植入物，如骨折用的板、螺絲和固定裝置。
密西根大學的科學家們還發現，融合絲綢能夠極化太赫茲輻射，該輻射可用於機場掃描儀、醫學成像和化學檢測系統。團隊表示，這一特性可能支持未來的 6G 通信技術，能夠以比當前 5G 網絡更快的速度傳輸數據。該研究發表於《自然可持續性》期刊。
項目 規格 加工温度 257 至 419 華氏度 加工壓力 1,900 至 9,800 個大氣壓
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