由迷你蛛丝蛋白融合体制成的固有着色人工丝纤维

无需有害染料的自发光丝

多彩服装通常伴随隐性代价：大多数纺织染料源自化石燃料，消耗大量水资源，并可能污染河流、危害健康。本研究探索了一种截然不同的思路——将颜色直接内置于纤维，通过工程化的蜘蛛丝蛋白使纤维本身呈现明亮的红色荧光。研究展示了科学家如何在水基工艺中制造出强韧、柔韧且固有着色的纤维，指向既高性能又更环保的纺织品可能性。

蜘蛛丝为何启发新材料

蜘蛛丝长期吸引研究者注意，因为它兼具高韧性与可伸展性，同时重量轻且可生物降解。近年来，科学家学会用细菌在大规模反应器中生产简化版的蜘蛛丝蛋白，称为迷你蛛丝蛋白。这些人工丝可纺成模拟天然蜘蛛丝某些杰出性能的纤维。然而，迄今多数工作主要着重复制强度和韧性，而未着力加入如固有颜色或生物学活性等额外功能。与此同时，传统纺织染色仍依赖于有害化学品、大量用水和化石基染料，这促使人们寻找更清洁的替代方案。

将颜色建入纤维本身

研究团队着手设计一种自带颜色的丝蛋白，避免对成品纤维进行后染。他们将一种著名的红色荧光蛋白mCherry与已证明易于纺丝的迷你蛛丝蛋白融合。该融合蛋白命名为A3I-A-mCherry，在补料式生物反应器中由细菌表达，产量约为每升培养基20克——这一水平被认为对高端纺织应用具有吸引力。团队能够在温和的水基条件下纯化该蛋白，分析结果确认其主要以二聚体存在，这与此类丝蛋白的预期一致。重要的是，蛋白溶液呈深酒红色，在紫外光下发出明亮的红色荧光，表明mCherry部分正确折叠并具有功能性。

在水中纺出发光纤维

随后，团队测试这种红色融合蛋白能否使用全水相、仿生的纺丝方法被纺成连续纤维。在该体系中，浓稠的蛋白溶液通过细喷嘴挤出进入微酸性的水浴，使蛋白像蜘蛛在腺体中纺丝那样锁定成固体纤维。当仅用融合蛋白纺丝时，得到的是易碎断裂的细丝。科学家通过将带色融合蛋白与未改造的迷你蛛丝蛋白混合解决了这一问题，配制出按重量计含有12.5%、25%或50%红色蛋白的混合物。这些混合物可以连续湿法纺丝成稳定的纤维，在日光下保持酒红色，在紫外光下保持红色荧光，表明大部分mCherry保持完整。

强度、伸长与持久发光

研究者接着评估体积较大的mCherry蛋白加入是否会损害丝纤维的力学性能。标准拉伸测试显示，随着mCherry含量增加，纤维强度略有下降但延展性有所提高。只有在最极端的对比——无mCherry与50% mCherry纤维之间——才出现明显的强度统计学差异。即便如此，红色纤维的抗拉强度仍达67至115兆帕的范围，与其他采用水基纺丝制得的人工丝相当。总体韧性（结合强度与延展性的指标）在所有纤维类型间保持相似。显微镜和红外光谱确认纤维具有典型的丝状结构，同时保留折叠良好的mCherry的特征信号。为期一周的荧光成像显示，红色发光在纤维中保持稳定，提示颜色随时间具有持久性。

迈向更清洁、更智能的纺织品

对外行而言，关键信息是：这些科学家已创建出“预着色”丝纤维的概念验证，其色调来自构成纤维的蛋白本身，而非外加染料。通过从生产到纺丝始终采用水基条件，他们既保留了丝的力学性能，也保留了色蛋白的荧光。该方法预示着未来纺织品可以从一开始就在纤维中设计颜色、追踪功能或其他用途，可能减少染色造成的污染，并提供新型智能、生物基材料，有朝一日可补充甚至取代部分石油基合成纤维。

引用: Bohn Pessatti, T., Schmuck, B., Greco, G. et al. Intrinsically colored artificial silk fibers made from mini-spidroin fusion proteins. Commun Mater 7, 70 (2026). https://doi.org/10.1038/s43246-026-01079-z

关键词: 蜘蛛丝, 生物基纺织品, 荧光纤维, 可持续材料, 蛋白质工程