羊毛作为储量丰富的天然蛋白资源，凭借良好的生物相容性、可降解性与可再生性，成为极具潜力的绿色材料，在纺织领域应用广泛。然而，传统回收工艺常导致羊毛天然蛋白二级结构与复杂层级网络发生不可逆破坏，性能大幅衰减，致使大量废料只能降级利用。如何在再生过程中同步实现蛋白二级结构的有效保留与内部网络的有序重构，进而实现高值化回收，是生物基高分子材料实现高效循环面临的核心挑战。

  2026年4月8日，厦门大学林友辉教授和华侨大学付莲莲副教授等人在《Advanced Functional Materials》发表题为"Upcycling Waste Wool to Sustainable Shape-Memory Fibers via Molecular Order Reconstruction of Keratin"的研究论文。该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、厦门市自然科学基金等项目支持。

  传统的熔融或高温回收过程通常会导致羊毛角蛋白发生不可逆变性，使其二级结构严重破坏，从而限制其高值利用。该研究团队提出了一种温和提取与流场诱导取向的协同策略，实现了废旧羊毛向高性能形状记忆纤维的转化（图1）。首先，以废旧羊毛织物为原料，通过Na₂S、尿素和SDS构建的溶解体系，在60°C温和条件下选择性断裂羊毛微纤中的二硫键，使蛋白网络发生可控解构，同时最大程度保留其α-螺旋和β-折叠等二级结构。在此基础上，引入DTT进一步调控分子链间状态，得到具有良好可纺性的角蛋白溶液。随后，通过湿法纺丝过程，在剪切场与拉伸场的协同作用下诱导分子链沿流动方向取向排列。最终，通过氧化重新构建二硫键网络，实现结构的稳定化，得到具有高度有序结构的再生羊毛形状记忆纤维。

图1. 再生羊毛纤维的构筑策略与形状记忆行为的机理分析

  对再生羊毛角蛋白的结构完整性及可纺性验证结果表明，本研究采用的回收策略可有效保留羊毛角蛋白的天然结构特征，且该角蛋白材料具有良好的可纺性（图2）。傅里叶变换红外光谱测试结果显示，角蛋白的酰胺I、酰胺II及酰胺III特征吸收峰基本保持不变；广角X射线衍射结果也呈现出典型的α-螺旋与β-折叠特征衍射峰，上述表征结果证实，角蛋白提取过程未破坏其核心结构单元。纺丝液流变性能测试表明，在较宽的剪切速率范围内，纺丝液黏度随搅拌时间延长而逐渐升高，表明体系内长链交联作用不断增强，进而显著提升了纺丝液的可纺性。此外，偏光显微镜结果显示，再生羊毛纤维呈现出显著的双折射现象，其双折射程度与天然羊毛纤维相近，进一步佐证了其良好的结构有序性与可纺性。

图2. 再生羊毛角蛋白的结构完整性和可纺性验证

  为深入探究再生羊毛纤维的微观结构特征，该研究采用原子力显微镜、扫描电子显微镜、三维共聚焦激光扫描显微镜及小角X射线散射技术，对其形貌特征与微观结构进行了系统且全面的表征（图3）。结果表明，再生羊毛纤维由紧密排列的高度各向异性微纤组成，通过施加外拉伸作用及调控卷绕速率，可有效调节微纤的排列规整程度，显著提升其取向结构的有序性。在性能表现上，该再生羊毛纤维在外界刺激下可同步呈现二级结构转变与优异的形状记忆性能，其中在湿度刺激条件下可实现接近100%的形状恢复率，且具备快速的响应速率与良好的循环稳定性。进一步机理研究证实，该形状记忆行为的本质来源于角蛋白分子层面的可逆构象转变（图4）。

图3. 再生羊毛纤维的形态和微观结构表征

图4.再生羊毛纤维二级结构重排行为研究

  通过将机器学习与分子动力学模拟相结合，可一步式揭示再生羊毛纤维形状记忆行为的本质作用路径，即“α-螺旋解旋—无规链过渡—β-折叠重构”（图5）。基于其优异的湿度响应特性，该再生羊毛纤维材料在多个领域展现出广阔的应用潜力。例如，在生物医用领域，该材料可用于制备自收紧缝合线、自适应绷带等医用器件：接触体液后，材料可自动收缩并紧密贴合伤口，实现无需额外操作的动态贴合调节；同时，该材料具备良好的生物相容性与可降解性，在酶解环境中可完全降解，有效避免二次环境污染，应用前景广阔（图6）。

图5. 羊毛角蛋白中α-helix与β-sheet的转变机理研究

图6. 再生羊毛纤维的多场景应用与降解性研究

  该研究成功实现了废旧羊毛从低值废弃物向高性能功能材料的高效转化，在材料结构精准调控、形状记忆作用机理系统解析以及应用场景拓展等方面均取得了阶段性进展与明确成果。该工作清晰揭示了蛋白质二级结构转变与宏观形状记忆行为之间的内在关联及调控规律，不仅为生物基高分子资源的高值化利用提供了新颖可行的技术路径，为缓解废旧羊毛带来的环境压力、推动纺织废弃物资源化利用提供了可持续解决方案，也为新型形状记忆材料的分子设计、结构优化及性能调控提供了重要的理论支撑与实践参考。

  原文链接: http://doi.org/10.1002/adfm.202532080