上海科技大学物质学院凌盛杰

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凌盛杰，男，1986年生，上海科技大学 物质科学与技术学院  研究员/博导，美国麻省理工学院-塔夫茨大学博士后，中国复合材料学会会员，ACS Biomaterials Science & Engineering（JCR二区）杂志编委，长期致力于生物大分子、天然结构材料和材料生物学的研究，主要包括：1）同步辐射红外及X射线技术对重组蛋白和天然材料的表征；2）分子动力学模拟对天然材料设计策略的解析；3）生物仿生材料、生物纳米材料和生物功能材料的开发与应用。现主持国家级和省部级等项目6项，作为第一或通讯作者在Nat Rev Mater(1篇), Nat Commun (1篇), Sci Adv (1篇),  Chem Soc Rev (1篇), Prog Polym Sci (1篇), Adv Mater (3篇), Adv Funct Mater (5篇), Nano Lett (1篇), ACS Nano (1篇)等国际材料领域顶级杂志上发表论文30余篇，总影响因子超过400，他引次数超过500次，研究工作多次被国内外同行和媒体作为正面评价和亮点报道，已授权国际专利2项。

凌盛杰
所在学院        物质科学与技术学院
研究方向        天然结构材料，材料生物学，生物材料组学
联系方式        lingshj@@shanghaitech.edu.cn
        
个人简介                 
2004年9月-2009年6月，浙江工业大学，学士
2009年9月-2014年6月，复旦大学，博士（本科直升）（期间，2012年11月-2013年8月，瑞士苏黎世联邦理工学院，国家公派联合培养博士生）
2014年9月-2017年9月，美国麻省理工学院-塔夫茨大学，博士后
2017年9月，上海科技大学，助理教授、研究员
主要研究内容                 
研究组以生物大分子、天然结构材料和材料生物学为核心，致力于采用生物材料组学研究方法解析天然材料的设计策略，并开发相应的仿生功能材料。主要研究方向包含：
（1）同步辐射红外及X射线技术对重组蛋白和天然材料的表征；（2）分子动力学模拟对天然材料设计策略的解析；（3）生物仿生材料，生物纳米材料和生物功能材料的开发与应用。

代表性论文                 
1. Shengjie Ling, Zhao Qin, Wenwen Huang, Sufeng Cao, David L. Kaplan, Markus J. Buehler. Design and function of biomimetic multilayer water purification membranes. Science Advances, 2017, 3, e1601939.
2. Shengjie Ling, Zhao Qin, Chunmei Li, Wenwen Huang, David L. Kaplan, Markus J. Buehler. Polymorphic regenerated silk fibers assembled through bioinspired spinning. Nature Communications, in press.
3. Shengjie Ling, Chunmei Li, Kai Jin, David L. Kaplan, Markus J. Buehler. Liquid Exfoliated Natural Silk Nanofibrils: Applications in Optical and Electrical Devices. Advanced Materials, 2016, 28, 7783-7790.
4. Shengjie Ling, Kai Jin, David L. Kaplan, Markus J. Buehler. Ultrathin Free-Standing Bombyx mori Silk Nanofibril Membrane. Nano Letters, 2016, 16, 3795-3800.
5. Shengjie Ling, Chaoxu Li, Jozef Adamcik, Zhengzhong Shao, Xin Chen, Raffaele Mezzenga. Modulating Materials by Orthogonally Oriented β-Strands: Composites of Amyloid and Silk Fibroin Fibrils. Advanced Materials, 2014, 26, 4569-4574.     
6. Shengjie Ling, Qiang Zhang, David L. Kaplan, Fiorenzo Omenetto, Markus J. Buehler, Zhao Qin. Printing of stretchable silk membranes for strain measurements. Lab on a Chip, 2016, 16, 2459-2466.
7. Shengjie Ling, Nina Dinjaski, Davoud Ebrahimi, Joyce Y. Wong, David L. Kaplan, Markus J. Buehler. Conformation Transitions of Recombinant Spidroins via Integration of Time-Resolved FTIR Spectroscopy and Molecular Dynamic Simulation. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2016, 2, 1298-1308.
8.        Nina Dinjaski, Davoud Ebrahimi, Shengjie Ling (co-first author), Suraj Shah, Markus J. Buehler, David L. Kaplan. Integrated modeling and experimental approaches to control silica modification of design silk-based biomaterialstion. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2016, DOI: 10.1021/acsbiomaterials.6b00236.
9.        Jin Guo, Chunmei Li, Shengjie Ling, Wenwen Huang, Yin Chen, David L. Kaplan. Multiscale design and synthesis of biomimetic gradient protein/biosilica composites for interfacial tissue engineering. Biomaterials, 145, 44-55.
10.        Chunmei Li, Blake Hotz, Shengjie Ling, Jin Guo, Dylan S. Haas, Benedetto Marelli, Fiorenzo Omenetto, Samuel J. Lin, David L. Kaplan. Regenerated silk materials for functionalized silk orthopedic devices by mimicking natural processing. Biomaterials, 2016, 110, 24-33.
11. Shengjie Ling, Heyi Liang, Zhao Li, Jinrong Yao, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Soy protein-directed one-pot synthesis of gold nanomaterials and their functional conductive devices. Journal of Materials Chemistry B, 2016, 4, 3643-3650.
12. Shengjie Ling, Chaoxu Li, Jozef Adamcik, Suhang Wang, Zhengzhong Shao, Xin Chen, Raffaele Mezzenga. Directed growth of silk nanofibrils on graphene and their hybrid nanocomposites. ACS Macro Letters, 2014, 3, 146-152;
13. Shengjie Ling, Zeming Qi, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Determination of phase behaviour in all protein blend materials with multivariate FTIR imaging technique. Journal of Materials Chemistry B, 2015, 5, 834-839.
14. Shengjie Ling, Zeming Qi, David P. Knight, Yufang Huang, Lei Huang, Huan Zhou, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Insight into the structure of single Antheraea pernyi silkworm fibers using synchrotron FTIR microspectroscopy. Biomacromolecules, 2013, 14, 1885-1892.
15. Shengjie Ling, Zeming Qi, David P. Knight, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Synchrotron FTIR microspectroscopy of single natural silk fibers. Biomacromolecules, 2011, 12, 3344-3349.
16. Shengjie Ling, Zeming Qi, David P. Knight, Zhengzhong Shao, Xin Chen. FTIR imaging, a useful method for studying the compatibility of silk fibroin-based polymer blends. Polymer Chemistry, 2013, 4, 5401-5406.
17. Shengjie Ling, Li Zhou, Wen Zhou, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Conformation transition kinetics and spinnability of regenerated silk fibroin with glycol, glycerol and polyethylene glycol. Materials Letters, 2012, 81, 13-15.
18. Shengjie Ling, Zeming Qi, Benjamin Watts, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Structural determination of protein-based polymer blends with a promising tool--Combination of FTIR and STXM spectroscopic imaging. Physical Chemistry Chemical Physics, 2014, 16, 7741-7748.
19. Shengjie Ling, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Application of Synchrotron FTIR Imaging for Cells. Progress in Chemistry, 2014, 26, 178-192.
20.        Chun-Teh Chen, Francisco J. Martin-Martinez, Shengjie Ling, Zhao Qin, Markus J. Buehler. Nacre-inspired design of graphene oxide—polydopamine nanocomposites for enhanced mechanical properties and multi-functionalities. Nano futures, 2017, 1, 011003.
21. Shengjie Ling, Yufang Huang, Lei Huang, Zhengzhong Shao, Xin Chen. Application of Synchrotron FTIR Microspectroscopy and Mapping in Analytical Chemistry. Progress in Chemistry, 2013, 25, 821-830.
22.        Yingxin Liu, Shengjie Ling, Suhang Wang, Xin Chen, Zhengzhong Shao. Thixotropic silk nanofibril-based hydrogel with extracellular matrix-like structure. Biomaterials Science, 2014, 10, 1338-1342.
23.        Jingxin Zhu, Wenwen Huang, Qiang Zhang, Shengjie Ling, Ying Chen, David L. Kaplan. Thixotropic silk nanofibril-based hydrogel with extracellular matrix-like structure. Materials, 2016, 9, 211.
24.        Xin Chen, Heifei Cai, Shengjie Ling, Zhengzhong Shao, Yufang Huang. Conformation transition of Bombyx mori silk protein monitored by time-dependent Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopy: effect of organic solvent. Applied Spectroscopy, 2012, 66, 696-699.
25.        Nina Dinjaski, Davoud Ebrahimi, Zhao Qin, Jodie E.M. Giordano, Shengjie Ling, Markus J. Buehler, David L. Kaplan. Predicting rates of in vivo degradation of recombinant spider silk proteins. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, DOI: 10.1002/term.2380.
Patents:
1. Xin Chen, Shengjie Ling, Zhengzhong Shao. CN 103757729 A
2. Zhengzhong Shao, Yinxin Liu, Shengjie Ling, Xin Chen. CN104017374 B

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近日，我院凌盛杰课题组在国际期刊《ACS Materials Letters》发表了题为“Flame-Retardant and Sustainable Silk Ionotronic Skin for Fire Alarm Systems”的科研成果。该成果由上科大物质学院凌盛杰团队独立完成，2019级硕士研究生刘强为第一作者，2016级本科生杨硕为第二作者。
       生物体通过离子运输实现信号传递。研究以天然丝素蛋白（SF）和钙离子为原料，通过不同的合成策略，制备出一种透明、可拉伸、可自修复、高生物安全、可阻燃且导电的离子皮肤材料i-skin：SF/Ca2+ i-skins (SFCIS)，并开发了一种在极端条件（火灾）下可以通过无线信号传递预警信息的报警系统。相关工作补充了近年来可穿戴设备防火安全性研究中的欠缺，并为人工皮肤的设计提供新的灵感。

SFCIS的组成及火灾报警、阻燃原理

       SFCIS制备方法简单，可大规模应用生产。SFCIS本身具有高透明性和良好的柔性，通过调控钙离子含量可以控制SFCIS在不同环境中的力学性能。高湿度环境中，SFCIS具有很好的粘附性和自愈性能。也可达到在不同温度和湿度下良好的可拉伸性质，伸长率高达1200%，匹配力学模量与生物组织模量相当，同时导电性可达1.96 mS·cm-1，以满足可穿戴器件的需求。
        钙离子使材料具备了与环境物质交换的能力，保持了SFCIS体系中结合水的稳定。钙离子螯合水的存在，一方面提供了大量氢键，使材料具有较高的韧性和可自愈能力。另一方面，在材料暴露在火灾环境下时，使材料表面在接触火焰的第一时间吸热、气化，并迅速形成膨胀，对内部基底形成保护。
        燃烧往往发生在一瞬间，为了探究燃烧过程中材料发生的化学反应过程，研究人员采用热质联用（TGA-MS）的表征手段，分析了不同反应阶段下的材料组分的变化。通过对比纯丝蛋白体系和SFCIS体系的图谱可以清晰得出，钙离子的加入后，SFCIS中发生了一系列阻燃过程，包括脱水过程、碳化层膨胀过程、多层屏蔽过程和自由基淬灭过程。这些过程解释了SFCIS在火焰下形貌变化的原因。在极限氧指数测试的实验中，SFCIS表现出媲美工程塑料的阻燃性能，极限氧指数LOI高达43%。在燃烧实验中SFCIS不会发生复燃、熔滴等二次危害行为，提升了系统的在火灾环境下的安全性。这些阻燃机制和过程可以在TGA-MS测试以及傅里叶红外（FTIR）及SEM中被定性观察并分析。
       研究人员进一步探究极端条件下SFCIS离子导体的电学行为。火焰炙烧下，SFCIS的电阻值会在初始期快速下降，并维持一段较长的稳定期，期间仍然可以导电。基于这种特殊的性质，研究团队设计开发出一种可以无线传递信息的火灾报警系统。此外，由于材料具有一定的粘附性，可将材料黏附在易燃物质表面，并进行燃烧实验。在SFCIS保护下，易燃材料在火焰下可以长时间的维持力学形貌，而不被燃烧分解，同时仍然可以为系统提供火灾报警信息。


       总结来说，该研究利用简单的方法，制备出基于天然蚕丝蛋白的离子导体膜，具有良好的导电性、可调控的力学性质、自修复性和阻燃性。这项成果为研究这类材料燃烧机制提供了可行的方案，也为一类基于离子导体的新型人造皮肤设计提供了新的思路，对提升可穿戴设备安全性有重要的启示。


        这项研究由物质学院2019级硕士研究生刘强和2016级本科生杨硕合作完成，也是杨硕同学本科毕业设计的一部分。研究过程中，他们对科研也有了更深的理解。


       刘强同学表示：“在这次研究中，燃烧过程的原理如何定性表征一度成为实验进度的瓶颈，但是在研究生课堂上，我了解了TGA-MS联用的表征手段，实验结果得到了老师的肯定。这项成果能在《ACS Materials Letters》发表，离不开凌盛杰老师专业细致的指导和课题组宽松自由的科研环境。而上科大本科生的科研能力也是让人惊讶的，我的师弟杨硕，在这次研究中同样发挥了重要的作用。这次成果顺利的发表给了我极大信心，相信我会在科研道路上越走越远。


       对此，杨硕同学也有自己的感悟：“四年前选择上科大无疑是明智的，很幸运可以在凌老师课题组开始了我的科研之路，作为2016级的本科生，马上就要进入研究生的学习，留在上科大依然是我的选择。上科大确确实实给我带来了极大的改变，我很感激上科大，我人生中最美好的时光都属于这里。而对于这次科研成果，很感激凌老师和任老师的辛勤付出，以及刘强师兄的悉心帮助。我现在很有信心面对即将到来的研究生生活。”


       该研究得到了国家自然科学基金、上海浦江人才计划、上海科技大学启动基金的资助。同时获得上科大电镜中心、上科大分析测试中心和学生创新中心的技术支持。
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.0c00062