細(xì)蠶絲“織出”功能纖維大產(chǎn)業(yè)
近日,占地3000平方米的絲蛋白生產(chǎn)基地和GMP標(biāo)準(zhǔn)化研發(fā)中心在杭州臨安建成。蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室王曉沁教授的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將在這里,用一根根蠶絲“織出”功能纖維的大產(chǎn)業(yè)。
從“一根桑蠶絲”到“一根化纖絲”,從“纖維”到“新材料”,作為國內(nèi)紡織絲綢行業(yè)唯一的國家工程實(shí)驗(yàn)室,蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室不僅承擔(dān)了絲蛋白基醫(yī)療器械的研發(fā)任務(wù),還實(shí)現(xiàn)了大分子絲蛋白年產(chǎn)量10噸的批量生產(chǎn)。
面向國家戰(zhàn)略需求,攻克行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)難題,在探索中求變,在創(chuàng)新中領(lǐng)跑……近年來,該實(shí)驗(yàn)室持續(xù)聚焦新型功能性纖維材料、新型生物醫(yī)用材料、纖維材料綠色低碳制造、纖維材料數(shù)字化智能制造及檢測體系四大方向,攻克了30多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù),取得了一系列原創(chuàng)性突破。
材料科學(xué)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(jīng)皮下血管直達(dá)病灶……絲素蛋白智能微針經(jīng)皮給藥系統(tǒng)著實(shí)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(diǎn),實(shí)現(xiàn)經(jīng)皮給藥。”蘇州大學(xué)盧神州教授說,蠶絲主要由絲膠蛋白和絲素蛋白組成,對(duì)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(jīng)過結(jié)構(gòu)調(diào)控,澆入微米級(jí)模具,干燥后就制成了微針?!北R神州介紹說,在一個(gè)0.5平方厘米的貼片上,有225根微米級(jí)的細(xì)針,可以遞送1毫克以上的藥物,就像使用創(chuàng)可貼一樣簡單。由于微針短而細(xì)小,不觸及神經(jīng)和血管,因此實(shí)現(xiàn)了無痛給藥。與此同時(shí),他們通過對(duì)絲素蛋白聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的有效控制,實(shí)現(xiàn)了藥物的緩釋。
蠶絲是集輕、柔、細(xì)于一體的天然纖維,經(jīng)過高科技的“塑造”,如今它早已超越了紡織面料的傳統(tǒng)用途,展現(xiàn)出在健康醫(yī)療、智能感知等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室方劍教授開發(fā)的智能纖維材料,將柔性纖維與傳感器合二為一,能夠準(zhǔn)確監(jiān)測人體的呼吸、心率以及運(yùn)動(dòng)幅度;李剛教授開發(fā)的醫(yī)用蠶絲縫合線,搭載絲素蛋白的載藥技術(shù),可以長效抗菌抗炎,廣泛應(yīng)用于各種外科手術(shù)。
作為國際競爭的重點(diǎn)領(lǐng)域,先進(jìn)功能性纖維在纖維材料產(chǎn)業(yè)體系中具有核心地位和關(guān)鍵價(jià)值。生物基纖維是可循環(huán)使用的綠色纖維,也是纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。此前,生物基PTT纖維技術(shù)一直被國外壟斷。直到蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室與共建單位開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物基PTT聚酯纖維成套生產(chǎn)技術(shù),使我國成為擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈的生物基纖維生產(chǎn)國,目前PTT及復(fù)合纖維產(chǎn)能已達(dá)50萬噸。
近年來,實(shí)驗(yàn)室面向世界科技前沿,在纖維材料領(lǐng)域攻克10余項(xiàng)行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)難題,取得50項(xiàng)技術(shù)成果,獲批200多項(xiàng)專利,成為我國現(xiàn)代絲綢產(chǎn)業(yè)最重要的技術(shù)開發(fā)平臺(tái)和創(chuàng)新基地之一。
基因改造助力纖絲強(qiáng)而優(yōu)
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(shí)期紡織技術(shù)巔峰之作自然少不了蠶絲的參與。
如今,歷經(jīng)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(xué)蠶桑研究所所長李兵教授利用12個(gè)家蠶種質(zhì)資源,開展分子標(biāo)記輔助育種,最終育成“蘇秀春豐”新品種家蠶。
“將這個(gè)品種的家蠶吐出的蠶絲制備成生絲(20/22D),其強(qiáng)度達(dá)到96.2厘牛(cN),比市場主流品種提升13%,是目前強(qiáng)度最大的蠶絲。”李兵說,蠶絲直徑僅為頭發(fā)絲的十分之一,為了提高紡織效率和絲綢質(zhì)量,提高蠶絲強(qiáng)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(chǎn)品的競爭力。
中國是絲綢的發(fā)源地,絲綢產(chǎn)量占世界的80%。但是合成纖維的問世,引發(fā)了市場需求的深刻變化,加之天然蠶絲自身的缺點(diǎn),絲綢產(chǎn)業(yè)受到巨大沖擊。
不過,蠶絲并沒有因此退出歷史舞臺(tái),基于蠶寶寶吐絲的靈感而衍生的新型纖維材料,在現(xiàn)代科技的加持下也創(chuàng)造出不是真絲似真絲的價(jià)值,充分彌補(bǔ)了蠶絲天然產(chǎn)量的不足,極大拓展了蠶絲的應(yīng)用領(lǐng)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。”蘇州大學(xué)鄭敏教授從包里掏出一套T恤短褲向記者介紹,她領(lǐng)銜的納盾協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多功能原位聚合化學(xué)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(shí)現(xiàn)多功能集成這一世界難題。
這項(xiàng)技術(shù)還在醫(yī)療領(lǐng)域大放異彩,用該纖維制成的抗菌自修復(fù)醫(yī)用敷料已進(jìn)入山東第一醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院預(yù)臨床試驗(yàn)階段,成為紡織、材料化學(xué)、醫(yī)學(xué)等各學(xué)科交叉融合的結(jié)晶,已獲國內(nèi)國際發(fā)明專利48項(xiàng)。
走過數(shù)千年,蠶絲依然吸引著世人的目光,科學(xué)家也在這種古老天然產(chǎn)物中不斷找到新靈感。最早開始馴化蠶的古人何曾想到,數(shù)千年后,蠶絲已成為散發(fā)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)魅力的“新材料”。近年來,蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室已成為國內(nèi)絲綢行業(yè)最高學(xué)術(shù)研究中心,提高了絲綢和功能纖維產(chǎn)業(yè)的核心競爭力,實(shí)驗(yàn)室參與的國家、省級(jí)重大工程項(xiàng)目達(dá)40余項(xiàng),帶動(dòng)間接經(jīng)濟(jì)效益110億元。
延伸閱讀
高端科技實(shí)現(xiàn)紡織綠色蝶變
目前,蘇州大學(xué)現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室針對(duì)纖維材料染色、著色等行業(yè)痛點(diǎn),還先后開發(fā)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(jié)構(gòu)生色等20余項(xiàng)技術(shù)成果,助力我國纖維產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展實(shí)現(xiàn)破局闖關(guān)、綠色蝶變。
“我們模仿蝴蝶翅膀,設(shè)計(jì)了一種200—400納米的微納結(jié)構(gòu),簡單來講,就是一個(gè)個(gè)小球堆積成的微納結(jié)構(gòu),可以與可見光產(chǎn)生相互作用,呈現(xiàn)出各種顏色。”蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院院長張克勤介紹。
基于這一原理,科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在結(jié)構(gòu)色纖維研發(fā)上的突破,研發(fā)出全球首個(gè)結(jié)構(gòu)色纖維產(chǎn)品,讓傳統(tǒng)的絲綢展現(xiàn)絢麗奪目的結(jié)構(gòu)色,并有望解決真絲印染過程中的污染難題。
“未來我們會(huì)看到,這種通過結(jié)構(gòu)色產(chǎn)生的隱身車衣,更進(jìn)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(biāo)的提出,國家對(duì)紡織產(chǎn)業(yè)綠色化發(fā)展的要求日益緊迫。
“傳統(tǒng)的印染以水為介質(zhì),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(xué)品,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了沉重負(fù)擔(dān)?!碧K州大學(xué)龍家杰教授介紹,為解決這個(gè)行業(yè)共性難題,他們組建了“超臨界無水染整技術(shù)”研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
經(jīng)過近20年的研發(fā),他們攻克了關(guān)鍵技術(shù),在國際上首次成功研制出織物超臨界二氧化碳流體動(dòng)態(tài)染色技術(shù),解決了高品質(zhì)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(tài)、環(huán)境友好的介質(zhì),在染色加工過程中織物呈干燥狀態(tài),染色產(chǎn)品無需烘干及常規(guī)染后清洗。染色時(shí)也不用添加染色助劑,沒有染色廢水及其他廢棄物產(chǎn)生,染后也不需任何化學(xué)方法處理,可徹底實(shí)現(xiàn)清潔、綠色、生態(tài)、環(huán)?;庸ぁ#ㄓ浾?張曄)
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