2026年1月，医学中心刘伟研究员与香港城市大学胡金莲教授研究团队在重组蜘蛛丝材料领域取得突破性进展，相关研究成果相继发表于国际权威期刊《Advanced Science》和《Small》。团队创新采用“边缘半胱氨酸锁定” 策略，成功攻克重组蛛丝力学性能不足、湿度稳定性差等核心难题，研发出兼具超高强度、韧性与环境适应性的人工蛛丝纤维，为软机器人、生物医学器件等领域的技术革新提供了全新材料解决方案。

创新设计破解天然蛛丝仿生瓶颈

天然蜘蛛丝凭借其优异的力学性能和环境适应性，成为材料科学领域的理想仿生模板，但大规模天然采集难度大，重组表达的微型蛛丝蛋白又面临结晶稳定性不足、力学性能衰减等问题。研究团队针对这一痛点，提出了精准的分子工程设计方案：在蛛丝蛋白的多丙氨酸片段末端引入半胱氨酸残基，通过位点特异性二硫键交联，构建稳定的β- 折叠晶体结构。

图1 Advanced Science:半胱氨酸引导的液液相分离预组装实现分级结构和高性能纤维形成

在《Small》发表的研究中，团队优化得到的C4S 纤维表现出卓越的湿度响应驱动性能，其恢复应力达45MPa，工作密度高达122kJ/m³，是人体骨骼肌的三倍以上，远超传统合成驱动器。而《Advanced Science》报道的C1 微型蛛丝蛋白（仅33kDa），通过液- 液相分离介导的预组装机制，形成了拉伸强度531±33MPa、韧性182±6MJ/m³ 的高性能纤维，性能超越多数高分子量重组蛛丝，甚至媲美天然蜘蛛牵引丝。

图2 Small:二硫键介导的晶体锁定促进了致密纤维的组装、卓越的机械性能以及增强的抗断能力

多维优势奠定广泛应用基础

该系列研究构建的重组蛛丝纤维具有三大核心优势：一是结构稳定性强，二硫键交联网络能在90% 高湿度环境下保持β- 折叠晶体排列，有效抵御水分诱导的结构破坏；二是力学性能均衡，实现了高强度与高韧性的完美结合，且加工过程绿色环保，基于全水相体系完成纺丝，无需有机溶剂；三是功能可编程，不仅能实现湿度响应的可逆形变与形状记忆，还可通过微流控技术实现连续规模化制备。

这些特性使该材料在多个领域展现出巨大应用潜力：在软机器人领域，可作为高功率人工肌肉驱动精密运动；在生物医学领域，有望用于可降解缝合线、组织工程支架等生物相容性器件；在智能纺织领域，能开发出湿度响应的自适应面料；同时在柔性传感器、智能驱动设备等新兴领域也具有广阔应用前景。

协同创新彰显科研实力

由深圳医学中心刘伟研究员与香港城市大学胡金莲教授联合培养的栗敏博士为论文的第一作者，团队整合了分子设计、生物合成、材料加工与模拟计算等多学科技术手段，系统阐明了二硫键锁定β- 折叠晶体的强化机制，为低分子量重组蛋白材料的高性能化提供了全新范式。研究成果不仅深化了对蛛丝蛋白组装机制的科学认知，更推动了人工蛛丝从实验室研究向产业化应用的关键跨越。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202517615

https://doi.org/10.1002/smll.202510078