蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白

　　本书是国内**本从理论到实践详细描述蚕丝和蜘蛛丝及其丝蛋白的专著。作者为研究蚕丝、蜘蛛丝等动物丝蛋白领域的首位国内外权威专家，其研究成果曾在国际**杂志Nature，Nature Mater，Adv. Mater等上发表，本书凝聚了作者多年来在动物丝蛋白方面的研究成果，内容涉及蚕丝和蜘蛛丝的生物学特性，及其结构与性能，仿生制备和在材料科学领域的应用，*后还介绍了目前在动物丝和丝蛋白材料研究与应用中的瓶颈及其研究前景和可能性。本书图文并茂，理论与应用并重，深度与广度结合相结合，内容权威经典，值得相关领域广大读者学习。

《天然高分子基新材料》丛书由天然高分子基新材料领域院士、长江学者核心专家团队撰写。

丛书共包括如下10个分册，建议您一并关注：

                                

                

            

                

                        

 

　　本书为《天然高分子基新材料》丛书之一，从蚕和蜘蛛等产丝动物的生活习性出发，由浅入深地介绍了动物的吐丝过程及其内在机理，并以此为基础，从高分子科学的角度对多种动物丝蛋白的各等级结构特别是聚集态结构与其性能之间的关系进行了详尽的阐述。本书不仅涉及由蚕和蜘蛛等合成的天然丝蛋白，而且还包含了通过转基因工程得到的重组丝蛋白，其内容涵盖了各类动物丝和丝蛋白的基本结构和性能、丝蛋白等级结构的表征、动物丝的仿生制备和动物丝的理化特征等，并着重总结了丝蛋白这一非生理活性的天然蛋白质在制备非纤维状材料如薄膜、凝胶和微球等过程中的各种*方法和技术，同时展望了其在多元化应用方面的可行性和优势。
　　本书不仅适合从事蛋白质材料及其相关领域的科技人员、教师和学生阅读，而且可以作为相应专业的本科生和研究生教材；并且，在一定程度上也可以作为对自然及其产物感兴趣的广大读者的科普读物。

　　邵正中，复旦大学，博导，*“长江学者”特聘教授，国家杰出青年基金获得者，复旦大学教授，博士生导师。*“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年基金获得者。1991 年毕业于复旦大学高分子化学与物理专业，获理学博士学位。后留校从事科研和教学工作（1996年至1998 年在丹麦Aarhus大学工作），1999年晋升为教授；现任上海市化学化工学会理事。在科研方面，着重从高分子科学的角度对蚕丝和蜘蛛丝及相应丝蛋白的结构和性能进行研究，已完成或正在负责包括国家自然科学基金委重点、面上项目在内的任务近 30项，取得突出成果。迄今在Nature，Nature Mater，Adv. Mater，Small，Advanced Functional Materials.等国际*刊物上发表SCI 论文150余篇，相关工作被他引1200余次；获国家发明专利6项，公开7项；多次应邀在国际会议上作学术报告。2004 年获*自然科学奖一等奖（获奖人）；2006年获上海市自然科学“牡丹奖”； 2006年入选*“新世纪百千万人才工程”；2005年获国家杰出青年科学基金资助；2006年入选*“新世纪优秀人才支持计划 ”；2011 年获上海市自然科学奖一等奖（获奖人）。

第1章　绪论
　1.1　动物丝与蛋白质材料
　1.2　动物丝的生物学概述
　　1.2.1　蚕和蜘蛛的比较
　　1.2.2　蚕（丝）和蜘蛛（丝）的进化过程
　　1.2.3　蚕丝和蜘蛛丝在生物学意义上的基本功能
　1.3　动物丝及丝蛋白的研究历史及进展
　　1.3.1　早期的研究
　　1.3.2　近期的研究进展
　1.4　小结
　参考文献
第2章　蚕丝及丝蛋白
　2.1　蚕的种类和家蚕的驯养
　　2.1.1　桑蚕
　　2.1.2　柞蚕
　　2.1.3　各种野蚕及转基因蚕
　　2.1.4　蚕的生命周期
　2.2　组成蚕茧丝的蛋白质（氨基酸组成和一级结构）及其作用
　　2.2.1　丝素蛋白
　　2.2.2　丝胶蛋白
　2.3　蚕的纺丝及蚕茧的形成
　　2.3.1　蚕丝腺体的生物学（解剖学）特征
　　2.3.2　蚕的纺丝特点
　　2.3.3　蚕纺丝的若干内外源性因素
　2.4　小结
　参考文献
第3章　蜘蛛丝及丝蛋白
　3.1　蜘蛛的种类及其生物学特征
　　3.1.1　蜘蛛的分类
　　3.1.2　织网蜘蛛
　3.2　蜘蛛丝（蛋白）的种类及其作用
　　3.2.1　蜘蛛网
　　3.2.2　不同蜘蛛丝（蛋白）的基本性状和体内合成
　　3.2.3　大囊状腺体丝蛋白的氨基酸组成及其一、二级结构和功能
　　3.2.4　小囊状腺体丝蛋白的氨基酸组成及其一、二级结构和功能
　　3.2.5　鞭毛状腺体丝蛋白和聚集状腺体丝蛋白
　　3.2.6　其它各种蜘蛛丝蛋白
　　3.2.7　蜘蛛丝蛋白的氨基酸序列比较—保守性、差异性和同一性
　3.3　多样化的纺器及纺丝特征
　　3.3.1　动物丝蛋白腺体及其纺器
　　3.3.2　动物丝形成（由丝蛋白水溶胶变成固状纤维）的机理
　3.4　小结
　参考文献
第4章　动物丝及丝蛋白的研究方法
　4.1　傅里叶转变红外光谱
　4.2　拉曼光谱
　4.3　核磁共振
　4.4　X射线衍射和散射
　4.5　圆二色谱和荧光光谱
　4.6　流变学技术
　4.7　热分析技术
　4.8　透射电镜、扫描电镜和原子力显微镜（AFM）
　4.9　其它测试和表征手段
　4.10　小结
　参考文献
第5章　动物丝及丝蛋白的结构与性能
　5.1　丝纤维的等级结构
　　5.1.1　丝纤维中丝蛋白分子链的二级结构
　　5.1.2　丝纤维中丝蛋白的聚集态结构及其取向
　5.2　动物丝的力学性能
　　5.2.1　动物丝优异的综合力学性能
　　5.2.2　动物丝中蛋白质链结构和聚集态结构与其性能的关系
　　5.2.3　影响天然动物丝力学性能的因素
　　5.2.4　动物丝的特殊性能
　5.3　丝蛋白分子链在非纤维材料中的结构
　　5.3.1　丝蛋白分子链构象及其聚集态结构
　　5.3.2　丝蛋白聚集态结构之间的相互转变
　5.4　动物丝及丝蛋白的降解
　　5.4.1　光和射线降解
　　5.4.2　热降解
　　5.4.3　水解
　　5.4.4　生物降解
　5.5　小结
　参考文献
第6章　动物丝蛋白的化学和基因重组模拟合成
　6.1　化学模拟合成
　　6.1.1　N-羧基环内酸酐法
　　6.1.2　液相多肽合成法
　6.2　生物（基因）合成
　　6.2.1　合成基因的构建策略
　　6.2.2　微生物合成
　　6.2.3　植物细胞中合成
　　6.2.4　哺乳动物细胞中合成
　　6.2.5　重组动物丝蛋白的性能
　6.3　转基因蚕生产动物丝
　　6.3.1　蚕吐“蜘蛛丝”
　　6.3.2　其它转基因蚕及其丝纤维
　6.4　小结
　参考文献
第7章　动物丝纤维的人工制备
　7.1　纺丝原液的制备
　　7.1.1　天然丝蛋白和重组丝蛋白溶液
　　7.1.2　丝纤维的溶解和再生丝蛋白溶液
　7.2　纺丝原液的性能
　　7.2.1　再生丝蛋白的分子量
　　7.2.2　再生丝蛋白在溶液中的聚集态结构及溶液的流变行为
　7.3　人工纺丝及再生丝蛋白纤维的结构和性能
　　7.3.1　由再生丝蛋白自组装而制备的丝纤维
　　7.3.2　湿法纺丝
　　7.3.3　干法纺丝
　　7.3.4　静电纺丝
　7.4　再生动物丝蛋白纤维的应用
　　7.4.1　常规的再生丝蛋白纤维
　　7.4.2　再生丝蛋白纳米纤维电纺膜
　7.5　小结
　参考文献
第8章　非纤维状动物丝蛋白基材料
　8.1　丝蛋白水溶液
　　8.1.1　制备和性能
　　8.1.2　特殊功能
　8.2　丝蛋白膜状材料
　　8.2.1　丝蛋白膜的制备
　　8.2.2　丝蛋白膜的基本性能
　　8.2.3　丝蛋白膜的应用
　8.3　丝蛋白微球
　　8.3.1　制备方法
　　8.3.2　丝蛋白微粒的结构和性能
　　8.3.3　丝蛋白微粒的应用
　8.4　丝蛋白凝胶
　　8.4.1　制备方法
　　8.4.2　丝蛋白凝胶的结构和性能
　　8.4.3　丝蛋白凝胶的应用
　8.5　丝蛋白支架（海绵）材料
　　8.5.1　制备方法
　　8.5.2　丝蛋白支架的结构与性能
　　8.5.3　丝蛋白支架的应用
　8.6　展望
　　8.6.1　动物丝基复合材料
　　8.6.2　丝蛋白基光/电功能材料
　　8.6.3　丝蛋白诱导无机物矿化及作为杂化材料的模板
　　8.6.4　源于桑蚕丝蛋白的多肽及其功能化
　　8.6.5　仿生
　参考文献

　　生物经济是建立在生物资源可持续利用和生物技术基础之上，而不完全依赖于化石资源的一种新经济形态。它的创建正在挑战并推动着传统工业、农业、林业等产业的发展，引起了工业界、学术界和政府的高度关注和协力应对，以形成新的资源配置和利用。在材料科学领域，基于“可持续发展”和“环境保护”两方面的考虑，利用可再生的生物质创造新材料同样面临着重要的发展机遇。显然，这是由于化石资源的日益枯竭及其产品对环境造成不同程度的污染所致。
　　在可再生的生物质中，天然高分子占据非常重要的地位。天然高分子是一类来源于自然界广泛存在的动物、植物以及微生物中的大分子有机物质，主要包括多糖（如纤维素、甲壳素/壳聚糖、淀粉、透明质酸等）、蛋白质（植物蛋白如大豆蛋白，动物蛋白如蚕丝、各类酶等）以及木质素、天然橡胶、天然聚酯等。它们是自然界赋予人类重要的物质资源和宝贵财富。天然高分子，可以被直接利用及通过化学或物理方法构建成新的功能材料，也可以制备成各种化工原料、生化品、低聚物及生物柴油等。广义的天然高分子还包括天然高分子衍生物以及用天然有机物质作为原料通过生物合成、化学合成或复合而形成的各种高分子材料（如聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、生物基弹性体等）。天然高分子材料废弃后很容易被土壤中的微生物降解和无害化处理，是典型的环境友好材料。
　　当前，化学科学发展的趋势之一是致力于解决人类社会中的环境问题并促进世界的可持续发展。近年来，科学界和工业界正在积极关注建立环境友好的技术和方法及基于天然高分子的“绿色”产品和材料的研究与开发。很多全球性大公司对于生物质材料、生物燃料及相关的加工技术都制订了高瞻远瞩的发展计划，尤其瞄准天然高分子基新材料在生物医药、纺织、包装、运输、建筑、日用品，乃至光电子器件等诸多领域的应用前景。美国能源部(DOE)预计，在2020年源于植物生产的基本化学结构材料将增加到10％，而在2050年将达到50％。可见，天然高分子基新材料领域的研究及应用正在蓬勃展开，它们必然带动农业、绿色化学、生物医学、可生物降解材料以及纳米技术、生物技术、分子组装等多学科的发展，终将对人类的生存与健康和世界经济发展起不可估量的作用。
　　顺应于天然高分子科学与技术的发展，迫切需要该领域的科技工作者对这些生物质大分子及其改性材料的基本概念、基础理论、实验技术、应用前景以及学科的发展历史和研究成果有足够的了解和认识，因此亟须有套权威丛书来系统介绍它们。同时，为了培养一大批从事天然高分子材料科学与技术的科技人才，极力促进各相关知识领域及其应用产业链间资源与信息的整合，也急需一套全面、系统介绍天然高分子材料与应用的专著供大家参考。为此，我受化学工业出版社邀请，专门组织我国长期从事天然高分子研究的老、中、青年专家、教授共同编写了《天然高分子基新材料》丛书（共10册）。该丛书包括《纤维素科学与材料》、《蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白》、《甲壳素/壳聚糖材料及应用》、《木质素化学及改性材料》、《大豆蛋白质科学与材料》、《淀粉基新材料》、《多糖及其改性材料》、《天然橡胶及生物基弹性体》、《聚乳酸》和《微生物聚羟基脂肪酸酯》。我国可利用的生物质资源极其丰富，相关研究和产业化也取得了长足发展。尤其近几年，我国在纤维素低温溶解、天然高分子纺丝、丝蛋白和多糖结构功能解析、生物塑料和生物基弹性体等方面取得了一系列国际瞩目的研究成果。本套书以高质量、科学性、准确性、系统性和实用性为目标，图文并茂、深入浅出地表述，具有科普性强，内容新颖、丰富的特点；不仅全面介绍了许多重要天然高分子材料的基本概念、基础理论、实验技术以及研究进展和发展趋势，也反映了所有编著者在各自领域的研究成果和经验积累，涵盖了天然高分子基新材料基础研究和应用的诸多方面，便于读者拓展思路、开阔眼界。
　　历经近两年时间，这套《天然高分子基新材料》丛书即将问世。在此，我衷心地感谢杜予民教授（武汉大学）、邵正中教授（复旦大学）、陈国强教授（清华大学）、张立群教授（北京化工大学）、王玉忠教授（四川大学）、张洪斌教授（上海交通大学）、
　　任杰教授（同济大学）、陈云教授（武汉大学）、黄进教授（武汉理工大学）、蔡杰教授（武汉大学）等积极热心地参加并负责完成了书稿。同时，他们的很多研究生也参与了这项工作，并在文献查阅和翻译外文资料以及编写、制图等方面付出了艰辛的劳动。尤其，一些国内外知名专家如江明院士（复旦大学）、Gregory F Payne教授（美国马里兰大学）、张厚民教授（Hou-min Chang，美国北卡罗来纳州立大学）、谢富弘教授（Fu-hung Hsieh，美国密苏里大学哥伦比亚分校）、王彦峰教授（武汉大学中南医院）和杨光教授（华中科技大学）等热情地为这套书提出了一些宝贵的意见，在此一并表示感谢。后，也感谢化学工业出版社为这套书的出版所做的一切努力。
　　资源、健康、环境与发展是人类关心的根本问题。我们期待本套书的出版对天然高分子基材料的创新和技术进步及国民经济的发展有积极的促进作用，进而有效地提升我国天然高分子研究的国际地位，推动整个学科的全新发展。我衷心地希望更多的教师、研究生、工程师、生物学家及高分子学家能参与到天然高分子基新材料的研究、开发及应用行列，共同推进人类社会的可持续发展，共建我们美丽的家园。
　　中科院院士
　　武汉大学教授
　　2014年2月28日