當中國人發明絲綢時，人們便開始驚嘆于它優異的品質性能。在過去，絲綢僅僅只是皇親國戚和達官貴人的專利，封建王朝兩千多年來，絲綢的生產都是高度機密。

    直至如今，美國麻省理工學院和塔夫斯大學的研究學者發現了絲綢隱藏的奧秘，他們稱其為蠶絲納米纖維，即通過精準地提取和再組裝，將絲綢加工成性能優異的過濾膜。這種新型的絲織過濾技術以“Ultrathin Free-Standing Bombyx mori Silk Nanofibril Membranes”為題在期刊Nano Letter上發表。

    這篇文章向我們描繪了蠶絲納米纖維（一種至關重要的納米級蠶絲結構單元）為何能夠使得新型生態過濾器與傳統商業產品相比，更加高效廉價和綠色。這一發現對新型過濾膜的用戶（包括水處理企業、食品生產加工企業和生命科學組織）而言，意味著更新的生產手段和經濟供應鏈。

    Ling說：“最近人們又重新開始關注這種超薄過濾膜的發展。這種膜能夠最大限度的使得需要留存的分子或者是雜質流過，從而達到將物質從液體中分離出來的需求。生產這種新型超薄材料，如何在既保有恒定機械強度和優異分離性能同時，又能夠降低生產設備的投入，是我們一直面臨的挑戰。絲纖蛋白不含有多孔結構，并且若不進行預處理還會溶解在水中，所以生產蠶絲蛋白的性價比并不高，因此我們采用蠶絲納米纖維的方法。”

    巨大挑戰

    研究團隊花費數月時間不停的分析討論、改進方案、進行實驗。他們最大的挑戰之一，就是要努力尋找一種合適的溶液，這種溶液能夠將蠶絲纖維溶解成最基本的化合物，但又不能破壞樣品的完整。

    經過土木、生物醫學、計算工程、材料科學等科學的共同合作努力，他們找到了關于這個新型超薄過濾膜的解決方案，并且還提出了具有創新意義和超前的生產技術。

    “小強”：小而強大

    天然蠶絲纖維是由純蛋白質構成的，人們熟知其優異的輕薄性、高強度和耐用性等，研究者將蠶絲從家養蠶身上剝離下來制成蠶絲納米纖維。蠶絲納米纖維的獨特特性能，夠使得新型濾膜維持其精妙的結構和優越的物理性能。

    過去提取或預處理納米纖維的方法并不總是奏效。研究者通過四步獨特的方法就能夠有效的克服之前的障礙。前兩個步驟是通過脫膠、水洗、干燥、在恒溫中培育的方式，將蠶絲納米纖維從絲纖維上剝離下來，而在其放入去離子水中之前，攪拌或者震蕩以除去其中沒有溶解的蠶絲。第三步是使用超聲將蠶絲納米纖維提取出來，這樣得到的蠶絲納米纖維能夠保持穩定超過數月。掃描電子顯微圖像表明，蠶絲納米纖維的直徑和伸直長度同單條線性納米纖維的直徑近似。在最后一步和最終的過程中，他們通過利用真空過濾過程將蠶絲納米纖維組裝成超薄薄膜。

    當薄膜性的三個重要性能指標達到或超過預期時，研究便取得了成功。這三個性能指標分別是：厚度（40-1500納米，具有12-8納米的縮小孔徑），優異的水滲透性能（通量），和對絕大多數染料、蛋白質和納米粒子等都有效的廣譜分離性能。所有的這些機械優勢對這個產業都是至關重要的，尤其是壓力驅動過濾，甚至是應用高壓的操作。

    無論是凈化污水以供飲用還是過濾人體中微小的血凝塊，這種新型的絲織物薄膜都提供了極其先進的操作效率。和每片1.20美元的商業過濾薄膜相比較，一片蠶絲納米纖維薄膜平均僅需0.05-0.51美元。

    蠶絲納米纖維在制造業同樣也還有其他重要的收益。作為蠶的副產品，創新型廠家能夠利用蠶絲的天然特性提高其工業生態環境并且降低環保壓力。一旦過濾器被取代，被取代的過濾器是能夠進行生物降解的，不會對環境造成長久的影響。

    注重細節

    控制薄膜的厚度和微孔孔徑分布對過濾器工作效率來說是相當重要的，所以研究者在實驗室中就要確保得到相互連通的薄膜微孔是一致的，也不能有裂縫或者針孔。

    此外，研究團隊還指出，新型薄膜對蛋白質和金納米粒子在液體中的阻隔性高相似厚度的其他薄膜。而蛋白質分子、膠體、納米粒子、小分子、離子等都會用作評估新型薄膜過濾的尺寸選擇性。

    研究結果表明，這種薄膜還具有非凡的柔韌性性、易用性和持續性。比如，新型薄膜可以直接移除而不需要粘附在支撐襯底上；它分布均勻，表面結構色透明，剪切彎曲也不受損害；最重要的是，它不會溶解在水中此外，由于中性pH值時蠶絲納米纖維帶負電荷，所以通過靜電相互薄膜能夠吸附更多帶正電荷的分子。

    布朗大學化學系Kristie J. Koski教授表示：這種天然蠶絲薄膜卓越的分離效率和當前的合成工藝已處于同等水平。作為一種無毒、柔韌性好、易于調控的薄膜，蠶絲納米纖維薄膜在凈化與循環領域有很大的發展潛力，尤其是當合成替代品在生態系統中不是一個很好選擇的時候，蠶絲納米纖維會得到更加廣泛的應用。

    德國拜羅伊特大學Thomas Scheibel教授補充說道：“過濾效率是過濾材料最重要的參數之一，而這項指標又主要是受制于過濾材料的結構。納米蠶絲過濾器始終是飽滿的，因此能夠確保其保留非常小的粒子。在此基礎上，新型過濾設備應該降低在水還有空氣中的總能量消耗，或者要比現有的過濾設備過濾效率更高。”

    這個團隊對蠶絲隱蔽秘密的探索和發現，能夠像絲綢一樣，在很多方面推動人類文明的進程。