High-strength and ultra-tough whole spider silk fibers spun from transgenic silkworms

韧性 蜘蛛丝 芳纶 丝绸 极限抗拉强度 材料科学 合成纤维 复合材料 凯夫拉 纤维 抗撕裂性 复合数
作者
Junpeng Mi,Yizhong Zhou,Sanyuan Ma,Xingping Zhou,Shouying Xu,Yuchen Yang,Yuan Sun,Qingyou Xia,Hongnian Zhu,Suyang Wang,Luyang Tian,Qing Meng
出处
期刊:Matter [Elsevier]
卷期号:6 (10): 3661-3683 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.matt.2023.08.013
摘要

To advance ecological civilization, developing sustainable, eco-friendly high-strength and ultra-tough alternatives to non-sustainable synthetic fibers, such as nylon, is crucial. This necessitates a deeply scientific understanding of the fundamental determinants of fiber strength and toughness, as well as overcoming engineering challenges for cost-effective, large-scale production of high-performance silk fibers. Inspired by the mechanical properties of polyamide fibers, including nylon and Kevlar, we employed CRISPR-Cas9-mediated gene editing to successfully synthesize whole polyamide spider silk fibers from transgenic silkworms. These fibers exhibited impressive tensile strength (1,299 MPa) and toughness (319 MJ/m3), surpassing Kevlar's toughness 6-fold. Thus, they offer promising potential as sustainable alternatives to synthetic commercial fibers. Furthermore, our research provides valuable insights into the fundamental essence of fiber toughness and tensile strength, challenging the conventional notion that these properties are contradictory. These findings have significant implications for guiding the production of synthetic commercial fibers that simultaneously possess high strength and ultra-toughness.
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