蜘蛛丝蛋白／聚吡咯复合纤维膜的制备和性能研究文献综述

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1、文献综述蜘蛛丝蛋白／聚吡咯复合纤维膜的制备和性能研究一、前言部分（说明写作的目的，介绍有关概念，扼要说明有关主题争论焦点）1.1蜘蛛丝蛋白1.1.1蜘蛛丝蛋白的结构和基本性能蜘蛛丝的分子构象为β-折叠链，分子链沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，其多肽链排列整齐，密度形成结晶区，栅片间为非结晶区，由于结晶区的多肽链分子间以氢键结合，因而分子间作用力很大。沿着纤维轴线方向排列的晶区结构使纤维在外力作用时有较多的分子链能承受外力作用，故蜘蛛丝具有高强度。同时对蜘蛛丝的聚集态结

2、果表明：蜘蛛丝的结晶度、纤维密度均比蚕丝要小得多，因此可以认为蜘蛛丝具有良好的弹性主要是非结晶区的贡献。一方面非结晶区分子链呈β转角状，当受到拉伸时可能形成β转角螺旋，从而赋予蜘蛛丝良好的弹性。另一方面沿着纤维轴线方向排列的晶态β-折叠链栅片可以看作具有多功能铰链作用，在非结晶区域内形成一个模量较高的薄壳，亦是使蜘蛛丝具有较高模量和良好弹性的原因[1]。蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维，具有较高的强度、弹性、柔韧性、伸长率和抗断裂性能，蜘蛛丝轻盈、较耐紫外线、可生物降解，是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所

3、无法比拟的，是新一代的天然高分子纤维和生物材料[2]。蜘蛛丝外观呈金黄色，在显微镜下观测表明，与蚕丝类似，蜘蛛丝也具有核壳结构[3]。蜘蛛丝内部结构透明而无孔隙，横截面为圆形，直径为6.9um，体积质量为1.34g/cm3，强度高达2GPa，劲度大于30GPa，断裂伸长超过30％，它的韧性是芳香族和工业纤维的3倍多直径较小但强度和韧性都很高，这种独特的性能使蜘蛛丝能承受外界的冲击。蜘蛛丝在水中会发生截面膨胀，而径向收缩。在碱性条件下，其黄色会加深；在酸性条件下，其性能会受到破坏。蜘蛛丝光滑闪亮、耐紫外

4、线性能强，而且较耐高温和低温。蜘蛛丝在200℃以下表现出良好的热稳定性，300℃开始黄变。此外蜘蛛丝不溶于稀酸、稀碱，仅溶于浓硫酸、溴化钾、甲酸等溶剂，并且对大部分水解蛋白酶具有抗性。1.1.2天然蜘蛛丝蛋白天然形成及分类蜘蛛的液状丝是在蜘蛛的腺体中形成，蜘蛛的腹部有多种腺体，与蚕相似的是蜘蛛各种腺体内存储的为液状丝蛋白，当液状丝蛋白从腺体吐丝口之间的管形输送流出时形成了丝纤维，并发生相应的物理化学作用。不同腺体分泌的纤维在蜘蛛的生活中起着不同的作用，其特性有很大的差异。以大腹圆蛛所结的圆网为例，网的

5、中间是排列较密的中心丝，是蜘蛛居住和生活的地方；从中心丝辐射向外是没有粘性的纵向丝，即放射状丝；纵丝中间连接为横丝，即螺旋丝，弹性大、粘性强，可以粘住猎物，最外层是框丝，其强度高，弹性好，且处于湿润状态时具有超强的收缩能力。蜘蛛一旦捕获猎物，就立即由数百对葡萄状腺的纺管同时牵引出辐射状的丝将猎物包裹起来，以防猎物的挣扎逃脱[2]。蜘蛛丝按蜘蛛吐丝的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。古蛛亚目的蜘蛛只能吐出一种丝；原蛛亚目的蜘蛛可吐出3种丝；新蛛亚目的蜘蛛可吐出7种丝。一般来说，新蛛亚目所有的蜘蛛都会

6、有7种丝腺，各种丝腺分别能吐出不同性质的蜘蛛丝。大囊状腺（牵引丝，放射状丝，框丝），小囊状腺（牵引丝，放射状丝），葡萄状腺（捕获丝），管状腺（桑蚕丝），鞭毛状腺（横丝），梨状腺（附着盘），集合状腺（横丝表面的粘性物质）[1]。也有按蜘蛛在其生命中能产生具有不同用途的不同机械特性来分，主要包括蜘蛛网中放射状的纵丝和螺旋状的横丝；捕食时缠绕食物的包扎丝以及用于制作卵囊饱和后代的卵囊丝等等[4]。1.2聚吡咯早在1916年具有吡咯黑之称的聚吡咯粉末就已合成出来，之后Dallolio用电化学方法制备出了聚吡咯

7、，电导率为8s/cm。自Diaz等报道了含有1%乙腈溶液中制备出金属电导的、热稳定的聚吡咯以来[15]，由于聚吡咯制备工艺相对简单，易于合成出各种各样的共聚物、衍生物和复合材料以得到较宽范围的电导率及其它特殊性能的材料，因此对聚吡咯的研究日益增多。1.2.1聚吡咯的性质（1）电化学特性吡咯单体分子是一个含氮的五元环，其被氧化时，先失去一个电子，形成阳离子自由基，它们互相碰撞而形成二聚体，最后形成高聚体。其导电载流子主要是极化子和双极化子，因此具有良好的电化学性，且氧化还原稳定性好，其电导率可在2～3年

8、内保持稳定。PPy膜通常采用电化学方法制备，其具有良好的物理和化学性质：①导电；②表面性质可控；③生物相容；④比较稳定；⑤易于制备；⑥柔韧性和强度较好。而且，其水溶性有半导体特性，PPy的导电性和生物相容性与所掺杂的阴离子种类、性质有关。在组织工程中使用导电高聚物的优点：①通过此类高聚物施加的电刺激主要集中在其周围区域，易于对加载的刺激进行空间调控，而不会像使用外源电磁场刺激时，不能很好地将刺激定位。②合成导电高聚物时，可调控表面拓扑结构。（2）聚吡咯的