Il existe des macromolécules biologiques extrêmement riches ou des macromolécules naturelles dans la nature. Ces matériaux sont des ressources inépuisables et inépuisables données à l'homme par la nature. Surtout aujourd'hui, les êtres humains sont confrontés à la crise de l'épuisement du pétrole et d'autres ressources non durables. Les polymères naturels reçoivent de plus en plus d'attention en raison de leurs sources abondantes et de leur durabilité. Les polymères naturels comprennent principalement la cellulose, la chitine et le chitosan, l'amidon, l'alginate de sodium, la protéine de soie, le collagène, la protéine de soja et le caoutchouc naturel. Parce que ces matériaux polymères naturels ont une biocompatibilité et une biodégradabilité particulières, leur utilisation n'a longtemps pas été limitée à la vie quotidienne comme les vêtements, la nourriture, le logement et le transport. Avec les progrès de la science et de la technologie, de plus en plus de scientifiques font des recherches sur les polymères naturels et leurs applications.

Parmi les nombreux matériaux polymères naturels dans la nature, la raison la plus directe pour laquelle la soie animale naturelle a reçu une attention particulière est ses excellentes propriétés mécaniques complètes. En tant que fibre protéique naturelle, la soie animale peut être décrite comme un matériau spécial créé par la nature au cours de millions d'années d'adaptation et d'évolution des animaux. Il a le parfait équilibre entre force et ténacité. Bien qu'il y ait eu des développements considérables dans la science des polymères et le traitement des matériaux, en particulier la technologie de filature, les propriétés mécaniques complètes des fibres synthétiques actuellement préparées de la manière la plus optimisée ne peuvent pas dépasser celles de la soie animale dans la nature.

Il y a environ 113 000 espèces d'insectes lépidoptères et 30 000 espèces d'araignées dans la nature capables de filer la soie, parmi lesquelles les vers à soie et les araignées tisseuses et leurs fibres de soie sont les plus étudiées.

La soie de mûrier est l'un des premiers et des plus grands polymères naturels matériaux connus pour être utilisés, et sa protéine est également la fibrine naturelle qui a été étudiée le plus profondément par l'homme. Étant donné que la soie de mûrier présente les avantages d'un lustre spécial, d'une bonne perméabilité à l'air, d'une forte absorption de l'humidité, d'une bonne sensation au toucher et d'une résistance élevée en même temps, elle est connue sous le nom de "reine des fibres" et a été utilisée dans le domaine textile. De plus, en tant que matériau polymère naturel pur, la protéine de soie a de bonnes propriétés mécaniques, une biocompatibilité et une stabilité environnementale relativement bonne, et sa gamme d'applications a impliqué l'alimentation, la médecine et la biotechnologie (comme la technologie d'immobilisation enzymatique à base de protéines de soie) et l'amende quotidienne. produits chimiques (tels que les cosmétiques) et d'autres domaines.

Par rapport à l'application généralisée de soie de mûrier, bien que les araignées aient vécu sur la terre il y a 400 millions d'années, la recherche et l'utilisation de la soie d'araignée sont loin d'être aussi longue que la soie. C'est parce que les araignées sont des animaux carnivores, en particulier le cannibalisme ; de plus, les araignées ne crachent pas de fibres de soie en même temps lorsqu'elles mûrissent comme des vers à soie, mais sécrètent diverses protéines de soie à tout moment et n'importe où pour les besoins quotidiens, il est donc très difficile de réaliser un élevage artificiel à grande échelle comme les vers à soie du mûrier pour former une industrie; en outre, il est également difficile de collecter une grande quantité de soie d'araignée sauvage : par conséquent, la recherche et l'utilisation de la soie d'araignée et de sa protéine de soie sont fortement limitées.

Bien que la soie d'araignée n'ait pas de véritables produits d'application commerciale jusqu'à présent, ses extraordinaires propriétés mécaniques complètes offrent des perspectives d'application potentielles dans les matériaux hautes performances. En particulier, la soie de la grande glande kystique de l'araignée (glande principale) est devenue une sorte de matériau fibreux protéique très attractif en raison de sa grande résistance et de sa grande élasticité, ce qui a suscité un grand intérêt chez les scientifiques des matériaux et les biologistes.

Le processus évolutif naturel de centaines de millions d'années a non seulement perpétué la vie d'espèces telles que les vers à soie et les araignées, mais a également créé la ténacité de la soie animale.Les humains utilisent la soie animale pour fabriquer des vêtements, des instruments de musique et des engins de pêche depuis des milliers d'années Selon les découvertes archéologiques, au milieu de la période néolithique il y a cinq à six mille ans, les ancêtres chinois ont commencé à élever des vers à soie, à obtenir de la soie et à tisser consciemment ou inconsciemment. En tant que grand pays producteur de soie, la Chine a créé une nouvelle ère de civilisation des vêtements en soie de la nation chinoise. Dans le même temps, les changements d'époque ont doté les produits en soie de riches connotations culturelles et valeurs historiques. Depuis l'Antiquité, les échanges économiques et culturels entre la Chine et les pays étrangers qui sont nés du commerce de la soie ont eu un impact indélébile sur l'avancement de toute la civilisation humaine. La route de la soie des Han occidentaux bien connue dans le pays et à l'étranger a non seulement favorisé les échanges amicaux et les échanges culturels entre la Chine et les peuples d'Asie, d'Europe et d'Afrique, mais a également contribué dans une certaine mesure à la prospérité économique de l'époque. Jusqu'au début du XXe siècle, alors que les fibres synthétiques telles que les fils de nylon n'apparaissaient pas ou étaient utilisées à grande échelle, la soie était encore utilisée pour fabriquer des parachutes, des pneus et même des gilets pare-balles ; tandis que la soie d'araignée était due à sa haute résistance, sa haute ténacité et sa belle uniformité. Caractéristiques distinctives, souvent utilisées comme réticule pour les instruments optiques, tels que les viseurs.

Aujourd'hui, les scientifiques s'intéressent toujours à la soie animale et aux protéines de soie, principalement pour les raisons suivantes.

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1. En tant que matériaux, la soie animale et les protéines de soie sont des dons de la nature et sont produites de manière durable. Dans le monde d'aujourd'hui où les ressources fossiles telles que le pétrole, le charbon et le gaz naturel deviennent de plus en plus tendues, le développement et l'utilisation de ces ressources renouvelables sont particulièrement importants. Afin de survivre et de se multiplier, les araignées et les vers à soie utilisent divers animaux et plantes comme nourriture pour leurs besoins énergétiques quotidiens. Dans des conditions appropriées, les précurseurs de la soie, les protéines de la soie, peuvent être préparés dans le corps par des méthodes de biosynthèse. La protéine de soie peut être utilisée à température ambiante. Dans un environnement aqueux à pression normale, grâce à la transformation conformationnelle correspondante, il s'assemble en fibres de soie aux propriétés spécifiques et peut être dégradé biologiquement (environnementalement) en composants totalement inoffensifs selon les besoins. De plus, les fibres de soie tissées à partir de soie animale sont si élégantes et confortables.
2. La soie animale n'est pas seulement un matériau entièrement protéique avec biocompatibilité et biodégradabilité, mais aussi ses excellentes propriétés mécaniques complètes (c'est-à-dire la résistance et la résistance créées par l'équilibre parfait entre le module, la résistance et l'allongement à la rupture). Il satisfait le rêve éveillé du public sur les matériaux super puissants. Un exemple typique est que lorsque la soie d'araignée magique a inspiré l'artiste, ce qui a vu le jour était la sensation causée par la série de films "Spider-Man", au cours de laquelle l'arme en soie d'araignée en constante évolution du protagoniste était ce que nous les gens ordinaires rêver de. de. Cependant, à en juger par le fait qu'une soie d'araignée d'un diamètre d'environ 2 à 6 µm peut "suspendre" une araignée de 1 g, la soie d'araignée qui maintient Spider-Man n'a pas besoin d'être aussi épaisse. Pour le dire de manière vivante, il suffit que ce soit comme un crayon. La soie d'araignée épaisse et fine peut résister à la puissance instantanée d'un gros avion de passagers Boeing 747 lorsqu'il décolle.
3. Contrairement à d'autres matériaux macromoléculaires biologiques naturels tels que la cellulose, le chitosane, les protéines de soja, le collagène et la kératine, la soie animale est le seul matériau fibreux protéique qui est continuellement "filé". On croyait généralement que les conditions de production de fibres naturelles à haute performance telles que la soie animale (c'est-à-dire le processus de filage à température normale, pression normale et environnement de solution aqueuse) sont très douces par rapport à presque tous les processus de préparation de fibres synthétiques à l'heure actuelle. , qui peut être appelé Miracle naturel.Par conséquent, en plus de se concentrer sur les propriétés mécaniques de la soie animale, les chercheurs recherchent constamment une compréhension approfondie du mécanisme et du processus de fibrose des protéines de soie animale, en essayant d'utiliser des méthodes bioniques pour fabriquer des fibres solides dans des conditions douces, en espérant en particulier Pour obtenir Comme la soie d'araignée naturelle, c'est une fibre protéique à la fois résistante et à haute ténacité. Elle réalisera la conception moléculaire et l'optimisation du système de filage et des équipements pour les futures fibres synthétiques hautes performances. Mais en fait, l'homme a rencontré de nombreuses difficultés pour produire artificiellement des fibres de soie d'araignée performantes. Ils doivent imiter la séquence d'acides aminés et la composition de la protéine de soie, la structure et l'état des cristaux liquides de la pâte à filer à base de protéines de soie, divers organes de filage et "Le processus global de" filage à sec "n'est pas facile, après tout, c'est le expertise créée par les araignées et les vers à soie à travers des centaines de millions d'années de sélection naturelle.
4. Sur la base des difficultés rencontrées dans la préparation biomimétique de fibres protéiques à haute performance, la recherche et l'application de la soie animale se développent activement du domaine des fibres traditionnelles au domaine biomédical. En tant que fibre protéique structurelle sans activité physiologique, la soie était utilisée dans les sutures chirurgicales il y a plus d'un siècle. Aujourd'hui, la protéine de soie animale peut devenir une source idéale de matériaux biomédicaux en raison de son excellente biocompatibilité, de sa dégradabilité, de son adaptabilité structurelle, de son respect de l'environnement, de ses sources abondantes et de son faible coût. Par rapport à d'autres polymères naturels tels que la chitine/chitosane, le collagène/gélatine, la protéine de soja, l'albumine, l'acide hyaluronique et l'alginate de sodium, la protéine de soie animale est non seulement grande en quantité et facile à obtenir, mais également d'une grande pureté ; La protéine de soie peut réaliser la conversion bidirectionnelle entre la structure Silk Ⅰ soluble dans l'eau et la structure Silk Ⅱ insoluble dans l'eau, et ses méthodes de durcissement et de moulage sont diverses. Ces caractéristiques sont toutes propices à l'ajustement des propriétés mécaniques des matériaux protéiques de soie régénérés grâce à des méthodes de traitement appropriées. La morphologie microscopique et le taux de dégradation facilitent son application dans le domaine biomédical. Par conséquent, l'objectif actuel de l'exploration est de savoir comment utiliser les protéines de soie animale dans des aspects tels que les sutures chirurgicales, les pansements médicaux, les biocapteurs, le cartilage et les articulations artificiels, les liaisons et ligaments musculaires artificiels, les matériaux à libération contrôlée pour les médicaments et les gènes, et les matériaux d'échafaudage pour les tissus. ingénierie.

Par conséquent, la recherche fondamentale complète et l'exploration des applications de la soie animale et des protéines de soie signalent une nouvelle révolution matérielle, et cela montre également que le processus d'apprentissage humain de la nature et de la vie ne s'arrêtera jamais.

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