蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化--《苏州大学》2002年博士论文

《苏州大学》 2002年

蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化

【摘要】： 生体高分子纤维因其固有的生体功能而被广泛应用于纺织、医学、生物等领域，自20世纪90年代以来又出现了许多仿生和超生高分子纤维材料，并将开发的热点转向高强轻质的新型纤维。蜘蛛因具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点，近年来，国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。本文以广泛分布于我国各地的大腹圆蛛为研究对象，在研究分析其三种主要的丝纤维——牵引丝、蛛网框丝、包卵丝的力学性能、色泽、密度与吸湿性以及热学性能的基础上，从以下几方面探索了蜘蛛丝优异力学性能的形成机理。研究了蜘蛛丝力学性能的分子基础分析大腹圆蛛丝纤维的氨基酸组成特征，并通过与其他种类蜘蛛丝及蚕丝丝素纤维的比较，研究蜘蛛丝的氨基酸组成对其分子结构和分子排列的影响。采用激光拉曼光谱和红外光谱技术，分析了不同功能蜘蛛丝的分子构象，探索了蜘蛛丝的氨基酸组成及分子结构和其力学性能间的关系。蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化摘要研究了蜘蛛丝力学性能与微观结构的关系采用x射线衍射技研究和分析了蜘蛛丝的结晶结构及其取向。通过对蜘蛛丝的物理、化学处利用扫描电镜观察和分析了蜘蛛丝的微观结构特征，发现了蜘蛛丝具有皮术理芯层结构和原纤化构造。分析了结晶度不足10%的蜘蛛丝具有高强度和高伸长的原因，研究了皮芯层结构对蜘蛛丝力学性能的影响以及不同功能蜘蛛丝应力一应变行为差异的形成原因。研究了成丝条件与蜘蛛丝分子结构及性能的关系在分析蜘蛛丝生物纺丝机制的基础上，研究了成丝过程中蜘蛛丝蛋白分子构象的变化规律，探索了成丝条件对蜘蛛丝分子结构的影响以及蜘蛛随着生存环境和成丝方式的不同对丝纤维性能的自动调控能力，并进一步分析了分子结构和蜘蛛丝力学性能间的关系。研究了蜘蛛丝结构的模化表达分析了影响蜘蛛丝力学性能的关键因素后，利用计算机对蜘蛛主腺体内丝蛋白含有的主要多肤链段的结构进于示了最优化设计，建立了蜘蛛丝皮芯层的聚集态结构模型和其拉伸变形的力学模型，分析了皮层、芯层的结构和应力—应变特征与蜘蛛丝纤维力学性能间的关系。研究了皮芯层的比例和性能特征对蜘蛛丝纤维拉伸断裂模式的作用，并建立了理论方程。

【关键词】：蜘蛛丝 物理机械性能 分子结构与微观形态结构 结构与性能调控 结构模式与力学模型
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TS102
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2004.031033
【目录】：

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	【引证文献】
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前5条

1	张小英;;土壤填埋降解后丝素纤维的微观结构和力学性能[J];纺织学报;2008年02期
2	刘敏,潘志娟,李春萍;自控能力及成丝条件与蜘蛛丝力学性能的关系[J];纺织学报;2005年02期
3	潘志娟,李栋高;蜘蛛丝拉伸变形行为的力学模型[J];东华大学学报(自然科学版);2003年05期
4	邱芯薇;潘志娟;孙道权;张林春;;静电纺丝素纤维的微细结构[J];纺织学报;2006年06期
5	陈瑶;孟清;卿凤翎;;蜘蛛丝纤维的特性与开发生产[J];现代纺织技术;2006年06期

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前4条

1	陈瑶;大腹园蛛拖丝蛋白基因的克隆和序列分析[D];东华大学;2007年
2	许箐;再生蜘蛛丝的成丝方法及其结构与性能[D];苏州大学;2005年
3	徐明;静电纺工艺及其制品的结构与性能[D];苏州大学;2005年
4	邱芯薇;静电纺再生丝素纤维制品的结构与性能[D];苏州大学;2006年

	【参考文献】
	【参考文献】

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前9条

1	邵正中，吴冬，李光宪，彭励吾，于同隐，郑思定;用拉曼光谱研究蚕丝蛋白的结构与功能的关系[J];光散射学报;1995年01期
2	M.L.Ryder,朱红,平建明;蜘蛛丝在纺织品中的应用探讨[J];国外纺织技术;2000年12期
3	胡学超,宋丽贞;二十一世纪的宠儿——纤维素纤维[J];纺织学报;1998年01期
4	张大省;芳香族聚酰胺纤维[J];合成技术及应用;1996年01期
5	黄美荣,李新贵,朱立华;高性能芳族聚苯唑的液晶纺丝与纤维结构[J];合成纤维工业;2000年05期
6	宋大祥;蛛网的进化[J];菏泽师范专科学校学报;1997年02期
7	王迎,谢锦云,梁宋平;大腹园蛛拖丝蛋白一级结构初步研究[J];生物化学与生物物理学报;1997年05期
8	曹梦林，谢锦云，陈平，陈微;大腹园蛛丝腺的氨基酸组成分析[J];生命科学研究;1999年02期
9	钱国坻,姚予梁;红外光谱在蚕丝纤维结构研究中的应用[J];苏州大学学报(工科版);1983年04期

	【共引文献】
	【共引文献】

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前10条

1	汤妍;金定鸭肠粘膜碱性磷酸单酯酶氨基酸组成的初步分析[J];赣南医学院学报;1998年04期
2	朱立国;任付平;陈五岭;;Fmoc固相合成法合成黑色素细胞刺激素(MSH)的工艺研究[J];第四军医大学学报;2006年22期
3	徐莹;乔辉;吴立峰;张国澄;诸葛启勇;;几种荧光颜料在塑料中分散性和耐热性的比较[J];工程塑料应用;2008年01期
4	陈发扬，邵华木，张光生，王宗英，张项先;九华山土壤蜘蛛名录[J];安徽师范大学学报(自然科学版);1996年01期
5	刘东波,李丹,陈珊,包晓军;黑曲霉木聚糖酶同工酶的性质及圆二色谱分析[J];分子科学学报;2004年04期
6	李龙;橡胶基复合材料用骨架材料的分析[J];高科技纤维与应用;2003年03期
7	顾平,管辛;粘胶长丝加捻线的形态特征与数学模型[J];纺织学报;2005年02期
8	费万春,朱亚一,崔晓丽,徐回祥,周望,朱美男,李春萍;生丝截面积的光电检测方法研究[J];纺织学报;2002年03期
9	杨频,马贵斌,赵红卫;α-球蛋白与稀土金属离子钆(Ⅲ)的配位作用[J];高等学校化学学报;1991年05期
10	杨旭红,王华杰;棉毛型大豆蛋白纤维织物的风格研究[J];纺织学报;2002年04期

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前9条

1	魏孟媛;程隆棣;张瑞寅;薛文良;梁中波;姚金怀;;丽赛纤维及其纱线产品研究[A];金昇杯第一届全国棉纺织行业中青年科技工作者论坛论文集[C];2005年
2	何宏伟;李开喜;孙国华;谷建宇;刘越;王健;;热塑性酚醛树脂对碳纤维环氧树脂基复合材料性能影响[A];China SAMPE' 2008国际学术研讨会论文集[C];2008年
3	王小会;梁小平;辛少波;王剑臣;高勇扬;;纤维在水泥混凝土中的应用[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
4	李德发;马曦;孙鹏;;大豆抗原蛋白研究进展[A];动物营养研究进展——中国畜牧兽医学会动物营养学分会第八届全国代表大学暨第十届学术研讨会论文集[C];2008年
5	黄俊;姜弘道;;PVA纤维水泥基复合材料轴向拉伸应力-应变全曲线试验研究[A];纤维混凝土的技术进展与工程应用——第十一届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2006年
6	姚辉;黄刘立;张旭;;正交玻璃钢板材45°方向和0°方向力学性能对比研究[A];第十七届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2008年
7	马丽婷;陈新文;李晓骏;裴高林;苏彬;;有机玻璃在湿热条件下的老化机理[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集（C辑）[C];2005年
8	宋大祥;朱明生;;蛛网和蜘蛛的捕食策略[A];中国动物科学研究——中国动物学会第十四届会员代表大会及中国动物学会65周年年会论文集[C];1999年
9	王玉峰;欧海龙;胡惠仁;;CPAM水包水乳液结构表征及其在造纸工业中的应用[A];’2008（第十六届）全国造纸化学品开发应用技术研讨会论文集[C];2008年

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前10条

1	周勇;杉木板壁面垂直火蔓延及侧向水喷雾对其抑制作用研究[D];中国科学技术大学;2009年
2	吴海文;花生浓缩蛋白的制备、凝胶形成机理及其应用研究[D];中国农业科学院;2009年
3	胡永金;淡水鱼糜发酵及其凝胶形成机理研究[D];江南大学;2007年
4	李迎秋;脉冲电场对大豆蛋白理化性质和脂肪氧化酶的影响[D];江南大学;2007年
5	宋健;糖酶、蛋白酶脱毛技术及其机理研究[D];江南大学;2008年
6	张忠慧;尿素变性大豆蛋白的分子结构及胶粘机理研究[D];江南大学;2008年
7	吴敏;纳米SiO_2对淀粉浆料改性的研究[D];江南大学;2008年
8	刘建华;渗透剂对蛋白质稳定性和折叠复性的影响[D];天津大学;2007年
9	李向红;大豆蛋白聚集体—多糖混合体系相行为及微观结构的研究[D];江南大学;2008年
10	田燕;多孔纳米固体的制备与表征[D];山东大学;2008年

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前10条

1	吴捷;几种维生素的FT-Raman光谱及其表面增强拉曼散射（SERS）研究[D];西南大学;2009年
2	张涛;木质素酚醛树脂大孔活性碳纤维的制备与表征[D];东华大学;2009年
3	谢桂军;丝素蛋白在离子液体中溶解及再生研究[D];东华大学;2009年
4	董炜星;聚丙烯腈/离子液体溶液纺丝成型工艺研究[D];东华大学;2009年
5	刘元坤;三维正交机织复合材料弹道冲击破坏：实验研究和有限元计算[D];东华大学;2008年
6	赵磊;黄麻纤维针刺毡增强乙烯基树脂复合材料的制备与性能[D];东华大学;2008年
7	赵娟;桑蚕丝织物纱线抗滑移（纰裂）性能检测研究方法[D];苏州大学;2009年
8	蒋莉莉;磁控溅射制备Ag-Cu合金和SERS基底及其特性研究[D];首都师范大学;2009年
9	高转转;1-丁基-3-甲基咪唑氯离子液体的制备与粘胶纤维素溶解性能的研究[D];青岛大学;2009年
10	刘晓慧;几种有机小分子及其稀土配合物与牛血清白蛋白结合作用的光谱法研究[D];兰州大学;2008年

	【同被引文献】
	【同被引文献】

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前10条

1	赵昀,张峰,陈秀,徐安英,冯晓黎,黄君霆,陆长德;用绿色荧光蛋白进行转基因蚕研究[J];高技术通讯;1999年06期
2	牛恒尧,王义琴,萨其拉,李文彬,孙勇如;在大肠杆菌中表达蜘蛛拖丝融合蛋白[J];高技术通讯;2001年11期
3	左葆齐;甲醇溶液处理后丝素膜结构的变化[J];国外丝绸;2000年01期
4	刘敏,李春萍,潘志娟,唐莹;蜘蛛丝力学性能的多变性[J];材料科学与工程;2003年02期
5	王晓玉,柳增善,任洪林;“生物钢性及弹性蛋白”——蜘蛛丝研究进展[J];第四军医大学学报;2002年S1期
6	M.L.Ryder,朱红,平建明;蜘蛛丝在纺织品中的应用探讨[J];国外纺织技术;2000年12期
7	潘志娟,张长胜,李春萍,刘敏,盛家镛;大腹圆蛛丝的形态结构[J];材料科学与工程;2002年04期
8	孟庆杰,张兴祥;静电法超细纤维的性能与应用研究[J];高分子材料科学与工程;2004年06期
9	孙玉宇,刘永成,马明华,邵正中,陈新,于同隐;由分子间氢键导致的丝素构象转变的FT-IR研究[J];高等学校化学学报;1998年01期
10	覃小红,王善元;静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景[J];高科技纤维与应用;2004年02期

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前1条

1	杨旭红;非织造材料（纤维网）形态结构的表征与分形模拟[D];苏州大学;2003年

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前2条

1	徐明;静电纺工艺及其制品的结构与性能[D];苏州大学;2005年
2	刘敏;蜘蛛丝成丝机理的研究[D];苏州大学;2004年

	【二级引证文献】
	【二级引证文献】

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前10条

1	刁均艳;施建;潘志娟;杨斌;;两种不同类属蜘蛛丝的溶解性能及其静电纺再生纤维[J];材料科学与工程学报;2008年06期
2	高晓艳;潘志娟;;用作过滤材料的静电纺纳米纤维的研究现状[J];产业用纺织品;2008年03期
3	潘志娟;徐安长;夏艳杰;;聚酰胺含量对静电纺丝素纤维结构和性能的影响[J];纺织学报;2007年06期
4	徐安长;赵静娜;潘志娟;高晓艳;;静电纺聚乳酸纤维毡的微观结构及力学行为[J];纺织学报;2007年07期
5	刘伟伟;张维;崔淑玲;;高性能纤维的结构及其在防弹领域的应用[J];广西纺织科技;2009年03期
6	宋叶萍;熊杰;谢军军;霍鹏飞;王永攀;孙芳;;zein静电纺丝的过程优化和直径预测模型[J];纺织学报;2009年07期
7	邱芯薇;潘志娟;夏艳杰;孙道权;;再生丝素纤维非织造织物的孔隙结构与性能[J];丝绸;2007年12期
8	戴宏钦;潘志娟;徐明;王建明;;纳米级聚乙烯醇纤维毡的性能研究[J];丝绸;2006年08期
9	薛永峰;何创龙;张磊;莫秀梅;李廷辉;;电纺漏斗网蜘蛛丝纤维性能及体外细胞生物学性能[J];中国组织工程研究与临床康复;2008年06期
10	任洪林;张文惠;潘风光;卢士英;柳增善;张俊辉;;大腹园蛛大壶状腺丝蛋白-1基因部分cDNA的克隆和序列分析[J];遗传;2009年02期

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前2条

1	吴玥;引入磁场的静电纺丝技术及其对非稳态流动控制机理的研究[D];东华大学;2008年
2	蒋平;悦目金蛛（Argiope amoena）和棒络新妇（Nephila clavata）卵囊结构及蛛丝结构与力学性能研究[D];四川大学;2006年

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前8条

1	夏艳杰;尼龙6/66纳米纤维非织造物的结构与性能[D];苏州大学;2007年
2	邢建德;棒络新妇（Nephila clavata）拖牵丝的SEM扫描及其机械性能与蜘蛛体重的关系研究[D];四川大学;2007年
3	徐梅;再生蓖麻蚕丝素蛋白的结构与性能研究[D];苏州大学;2008年
4	刘丽娜;再生柞蚕丝丝素静电纺及结构研究[D];苏州大学;2008年
5	刁均艳;虎纹捕鸟蛛丝的结构与性能及其静电纺再生加工[D];苏州大学;2008年
6	周培;蜘蛛丝蛋白基因的合成及其串联体的重组表达[D];华东师范大学;2008年
7	阮超然;高分子量RGD-蛛丝蛋白重组体构建、高密度发酵及纯化[D];福建师范大学;2007年
8	邱芯薇;静电纺再生丝素纤维制品的结构与性能[D];苏州大学;2006年

	【二级参考文献】
	【二级参考文献】

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前7条

1	黄美荣,李新贵;高性能纤维评述[J];纺织学报;1997年01期
2	钱国坻,梅士英,宋肇棠,徐建强;国产家蚕丝素的化学组成研究[J];纺织学报;1981年02期
3	黄美荣,李新贵;液晶杂环高聚物的合成[J];高分子材料科学与工程;1998年01期
4	黄美荣,李新贵,王琳;液晶芳香族聚苯唑纤维的性能[J];合成纤维工业;1999年03期
5	谢锦云，陈平，莫永炎，高乐，梁宋平;三种蜘蛛丝蛋白组成分析[J];激光生物学报;1995年03期
6	王迎,谢锦云,梁宋平;大腹园蛛拖丝蛋白一级结构初步研究[J];生物化学与生物物理学报;1997年05期
7	李新贵,黄美荣;液晶芳族聚苯唑的热稳定性及应用[J];石油化工;1999年01期

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前10条

1	黄振年;制造模仿蜘蛛丝的纤维[J];中国医疗器械信息;2003年04期
2	F.K.Ko ,曹瑾;蜘蛛丝的机械性能[J];国外纺织技术;2004年02期
3	刘海洋,王伟霞,刘长军,周翠荣,王敬文;纺织新材料——蜘蛛丝[J];纺织导报;2004年01期
4	刘庆生,段亚峰;蜘蛛丝的结构性能与研究现状[J];四川丝绸;2005年02期
5	王爱梅;Acordis/Nexia蜘蛛丝合作[J];合成技术及应用;2003年02期
6	袁辉;蜘蛛丝的研究与开发利用[J];国外纺织技术;2003年06期
7	慕容诗茵;;你想成为“蜘蛛侠”吗[J];青年科学;2007年05期
8	潘志娟,盛家镛,戴宏钦;蜘蛛丝的结构与力学性能[J];南通工学院学报;1999年02期
9	刘敏 ,潘志娟;蜘蛛丝的液晶纺丝[J];国外丝绸;2002年03期
10	何兰芝,陈莉萍,王学梅;二十一世纪新型纤维——蜘蛛丝[J];甘肃科技;2004年11期

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前10条

1	刘毅;邵正中;F Vollrath;;深入探索蜘蛛丝的力学性能[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
2	孙家琦;顾国光;;纳米纤维研究开发的现状与前景[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
3	杨颂列;;织新材料——编织灿烂新生活[A];2006年全国服装科技创新与发展论坛论文集[C];2006年
4	崔福斋;张敏;;生物纤维材料[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
5	顾利霞;;生物大分子复合纤维[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
6	陈跟平;张翠兰;;聚乙烯、聚丙烯、乙丙共聚化学刻蚀及形貌表征[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
7	王玉军;柳学广;徐世清;;桑蚕丝蛋白生物新功能的开发及应用[A];中国蚕学会第七届二次理事会暨学术年会论文集[C];2005年
8	王旭;焦晓宁;;纳米纤维和纳米材料在非织造布中的应用[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
9	陆晓明;黄丽珍;杨淑娟;;用于ICF微靶装配的真空微夹[A];中国工程物理研究院科技年报（1998）[C];1998年
10	顾振亚;;智能纺织品的设计思路[A];第五届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2005年

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前10条

1	刘霞;科学家制造出超韧金属蜘蛛丝[N];科技日报;2009年
2	新华;超级金属蜘蛛丝强度比钢高两倍[N];中国质量报;2009年
3	袁晖;国内外加强蜘蛛丝的利用[N];中国纺织报;2003年
4	杨孝文;科学家让机器吐出蜘蛛丝[N];北京科技报;2008年
5	江锡夏;蜘蛛丝的研究与开发[N];中国纺织报;2002年
6	记者潘治;人造蜘蛛丝应用前景广[N];新华每日电讯;2003年
7	黄斌;奶牛“吐出”蜘蛛丝[N];科技日报;2002年
8	记者潘治;用蜘蛛丝制造人造组织[N];人民日报;2003年
9	记者汪敏华;家蚕吐出蜘蛛丝蚕茧发出绿荧光[N];解放日报;2000年
10	记者刘锋通讯员陈慧慧孙宁华;苏州大学制成蜘蛛丝无纺布[N];科技日报;2005年

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前6条

1	潘志娟;蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化[D];苏州大学;2002年
2	姚晋荣;类动物丝蛋白聚合物的合成、表征及其与蚕丝蛋白的共混[D];复旦大学;2004年
3	蒋平;悦目金蛛（Argiope amoena）和棒络新妇（Nephila clavata）卵囊结构及蛛丝结构与力学性能研究[D];四川大学;2006年
4	周春才;蜘蛛丝蛋白摸拟聚合物的合成及其结构、性能的研究[D];复旦大学;2004年
5	周丽;影响丝蛋白构象的外源性因素以及再生丝蛋白纤维的制备[D];复旦大学;2006年
6	华坚;蛋白质在气/水界面上的物理化学性质和单分子膜成形[D];四川大学;2003年

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前9条

1	万军军;以丝素蛋白质为模型研究蜘蛛丝仿生纺丝技术[D];东华大学;2004年
2	蒋平;三种生态类型蜘蛛的生物学观察及三种蜘蛛丝的结构与功能研究[D];四川大学;2003年
3	许箐;再生蜘蛛丝的成丝方法及其结构与性能[D];苏州大学;2005年
4	刘敏;蜘蛛丝成丝机理的研究[D];苏州大学;2004年
5	车红锐;静电纺丝技术制备稀土复合氧化物发光纳米纤维与表征[D];长春理工大学;2007年
6	黄智华;蛛丝蛋白工程菌高密度发酵、表达产物纯化与湿法纺丝[D];福建师范大学;2004年
7	涂桂云;基因重组蛛丝蛋白作为组织工程支架材料的研究[D];福建师范大学;2005年
8	王瑜;芥川龙之介儿童文学作品的叙事研究[D];广东外语外贸大学;2006年
9	王建南;真丝纤维微空穴生成及结构与性能研究[D];苏州大学;2002年