期刊封底示意图
天然丝由于独特的介观结构，其力学性能超过了大多数合成纤维。但高水合状态下的丝基材料力学强度一般都较差，难以满足实际应用中的强度需要。因此这项新发表的工作借鉴了生物组织中的机械训练方法，在能够引起丝蛋白构象转变的溶液中对丝蛋白基材料进行循环拉伸的机械训练（图1a），所形成的β－折叠作为交联点，可将拉伸引发的蛋白质分子链取向保留下来。最终形成取向的且具有高结晶度的结构，以实现丝基材料高水合状态下的力学强度。训练过程中的取向变化可通过偏振光下的双折射颜色转变来实时直观反映（图1b）。
图1：（a）丝蛋白基材料机械训练的示意图；（b）不同训练时间后的丝基材料（MT-HHSMs）在偏振光下颜色变化情况。
力学测试结果表明，机械训练后获得的丝基材料（MT-HHSMs）的力学强度和杨氏模量分别为4.7±0.9和21.3±2.1 MPa，优于不同方法制备出的对照样和大多数已报道的高水合丝基材料（图2a、2b）。此外通过与其它生物材料相比，其强度和刚度与皮肤、牛皮等生物组织相当，且填补了目前兼具强度与刚度的软材料空白区（图2c-e），在生物医学、再生组织等领域具有应用潜力。
图2：（a）MT-HHSMs和对照组的应力应变曲线；（b）MT-HHSMs和其它相同含水量的丝基材料的强度、模量对比图；（c）MT-HHSMs和其它蛋白基生物材料的强度、刚度对比图；（d、e）MT-HHSMs和其它生物材料、软材料的强度、断裂应变对比图。
除了力学性能的提升，MT-HHSMs还具有与动物丝类似的湿度驱动性（图3a），其应力随着环境湿度的增加／降低同步下降／上升，这种湿度－应力的响应可多次重复，并对材料的力学性能不会造成影响。同时，干燥过程的收缩力还赋予了材料自折叠功能（图3b），使得MT-HHSMs在软体机器人领域显示出一定的应用潜力。
图3：（a）MT-HHSMs在加湿、干燥循环下的应力变化；（b）自折叠过程中MT-HHSMs时间-变形角度的对应关系，以及偏振光下双折射条纹的演化过程。