旋转蜘蛛和蚕丝绸,一直困扰着人类的工程师还没有想出如何人为再现这艰难,细纤维。不过，通过将丝绸与合成化合物结合，一个研究小组离开发具有这两种材料最佳性能的新型可植入复合材料越来越近了。丝绸在人体中使用是安全的。潜在的应用可能还需要数年时间，包括手术后将骨头固定在原位的结构，或者膝关节软骨垫的替代品。
研究人员今天将在美国化学学会(ACS) 2020年秋季虚拟会议和博览会上展示他们的研究结果。
该项目的首席研究员关娟博士说:“蚕丝在生物医学应用方面有很大的潜力。”“丝绸用途广泛，人体对它的耐受性很好，甚至可以降解和吸收它。”
丝绸在医学上有着悠久的历史。古代医生用蚕丝缝制病人的记录可以追溯到近2000年前。如今，外科医生完成某些手术，比如眼部手术，都是用丝线缝合的。
通过结合蚕丝和合成聚合物，官和她在北京航空航天大学的同事们正在寻求开发用于医药和其他潜在领域的多功能新材料。虽然其他研究人员已经开发出了与丝有关的复合材料，但他们通常是研究短纤维或丝中的主要蛋白质。然而，关专注于用一根长而单一的线织成的丝织品。桑蚕的蚕茧可以含有近5000英尺长的纤维，当用在织物上时，这种纤维比一系列较短的、分散的纤维更能有效地分散机械压力，她说。在他们的研究中，关教授的团队使用了来自普通家养蚕的丝，以及来自野生品种柞蚕的更坚韧、更具弹性的纤维。
研究人员将这种织物与聚合物基质结合，通常是环氧树脂，用于粘合剂。织物和聚合物一起形成层压板——类似于在一些家具上发现的耐用表面覆盖物——然后可以切割成研究人员需要的形状。
关和她的同事们说，这些新材料的特性可以使它们比目前使用的材料更适合人体组织。例如，他们正与骨科医生合作，设计出类似笼子的结构，在椎体手术后融合时，可以暂时将其固定在适当的位置，目前这项任务主要是用金属来完成的。她说，丝质复合材料的硬度和硬度与骨骼的相容性更好，这使得它们比金属结构更有弹性，也更舒适。
然而，也存在挑战。人体内部是潮湿的，这是一个潜在的问题，因为水可以软化和削弱丝绸。在新的实验中，关和她的同事们测试了丝质环氧复合材料在暴露在潮湿环境或浸没在水中时的表现。为了和骨头一起使用，它们必须保持一定的硬度。她说，实验表明，尽管这种特性在更湿润的条件下会减弱，但复合材料仍然足够坚硬，可以作为植入物使用。
虽然环氧树脂牢固地附着在丝纤维上，但它有一个主要的缺点:人体不能分解和吸收环氧树脂，这意味着它不适合植入物溶解。因此，关最近开始研究生物高聚物，像蚕丝，可以被人体分解和吸收。然而，这些复合材料的内聚力比环氧树脂的要低。她说:“关键问题是如何使生物聚合物和真丝织物之间的界面更加坚固。”
科学家们也在寻找其他类型的纤维来补充蚕丝。在最近的一项研究中，他们在混合物中加入了碳纤维。碳纤维研究的作者罗伯特·o·里奇博士说:“将蚕丝与其他纤维杂交的概念使它有可能产生一个相当不错的性能谱，你可以针对特定的应用进行优化。”他说，这些新型结构材料的潜在用途可以在任何地方:在人体，甚至在网球拍或飞机引擎上。
