基于蛛絲蛋白的生物蛋白纖維具備輕質(zhì)且機(jī)械堅(jiān)固的性能，從而引起了廣泛關(guān)注。目前，力學(xué)性能提升主要取決于重組蛋白的折疊結(jié)構(gòu)和超高分子量，這使得構(gòu)建和表達(dá)目標(biāo)力學(xué)蛋白的純度和產(chǎn)量的難度增加。因此，開發(fā)用于制造堅(jiān)固輕質(zhì)高性能生物纖維的替代策略尤為重要。

     研究人員受貽貝類蛋白的多重作用力啟發(fā)，借助合成生物學(xué)技術(shù)，并充分發(fā)揮稀土在制備高技術(shù)材料領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)， 通過引入稀土離子進(jìn)行力學(xué)功能蛋白的體外翻譯后修飾，強(qiáng)化了稀土金屬離子和氨基酸側(cè)鏈鄰苯二酚之間的絡(luò)合作用，成功制備出具有高模量和高度可塑性的稀土蛋白生物纖維。此項(xiàng)工作為工程化制備輕質(zhì)高強(qiáng)高模生物纖維提供了新的策略。

生物法制備輕質(zhì)高強(qiáng)高模稀土蛋白生物纖維及纖維高度可塑性  

     研究人員通過蛋白質(zhì)工程、生物合成等手段表達(dá)出一系列帶有正電荷的力學(xué)功能蛋白。然后通過靜電作用引入多巴胺側(cè)鏈基團(tuán)，設(shè)計(jì)并制備了一種輕質(zhì)、可強(qiáng)拉伸（~400%）、且具有高機(jī)械強(qiáng)度的生物蛋白纖維。與傳統(tǒng)生物纖維調(diào)控力學(xué)性能不同，該工作通過多引入多種超分子相互作用（包括靜電相互作用、金屬配位螯合、氫鍵和陽(yáng)離子-π相互作用），所制備的蛋白纖維的機(jī)械性能得到**地調(diào)控。特別是使用稀土Tb 3+ 離子進(jìn)行體外翻譯后修飾，蛋白纖維中的楊氏模量（~10 GPa）可與天然蜘蛛絲相當(dāng)。另一方面，該類稀土生物蛋白纖維表現(xiàn)出優(yōu)越的可拉伸性，高度可塑性以及強(qiáng)熒光性能。該類稀土生物材料兼具輕質(zhì)高剛度和強(qiáng)度、生物安全性和光致發(fā)光的優(yōu)勢(shì)，為探索及發(fā)展新一代可穿戴高技術(shù)材料提供了新的研究思路。

wyf  03.19