近日，安徽农业大学叶冬冬教授团队在《Nature Communications》期刊上发表题为“Bioinspired nano-architecture for cellulose fibers with spider silk-like toughness”的研究论文。该研究受樱树皮独特的螺旋纳米结构启发，提出一种可规模化的仿生纳米取向策略，利用微流控纺丝技术制备出具有径向与轴向双取向结构的再生纤维素纤维。安徽农业大学博士后傅晓童为本文第一作者，叶冬冬教授与浙江大学朱书泽教授为共同通讯作者。
纤维素纤维虽然依靠分子链取向排列和致密堆叠可获得较高强度，但韧性通常较低。针对这一问题，研究团队设计了三相五通道微流控芯片：中心通道引入预交联纤维素溶液，使纤维素分子链沿纤维轴向取向排列；良溶剂鞘流则通过稀释、剪切和扰动作用重构表层网络，使其沿圆周方向重新排列。随后，凝固浴诱导溶胶-凝胶转变，最终固定形成表层圆周取向、内芯轴向取向的二维双取向结构。
实验表征与分子动力学模拟表明，这种双轴纳米结构能够有效重新分配应力并抑制裂纹扩展，在实现553 MPa拉伸断裂应力的同时，将断裂伸长率提升至41%，纤维韧性高达184 MJ m-3，达到与天然蜘蛛丝同等数量级。进一步研究发现，该结构在受力过程中可形成“Z”字形裂纹偏转路径，并通过链段重排与滑移显著增强能量耗散能力，从而突破了纤维素材料固有的韧性瓶颈。
基于该纤维编织得到的仿生织物可在商业织机上直接实现大面积制备。在落锤冲击测试中，其表现出更长的缓冲与变形适应时间，且在极限加压条件下具有更高的失效力和断裂吸收能，综合性能显著优于棉、莫代尔和粘胶等常见商用纤维素织物。该策略还可推广至甲壳素、壳聚糖等其他生物聚合物材料，为开发轻质、可持续、高韧性的生态友好型结构材料提供了新思路。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-74052-6
