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中国科学家以非蛋白制法研获超强韧人造蜘蛛丝

来源:观察者网

2019-11-26 11:03

(观察者网 讯)

在中国科学家的努力下,人造蜘蛛丝的规模化生产又近了一步。

11月22日,南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授团队在国际学术期刊《自然·通讯》(影响因子12.19)上发文,称他们研究出了一种人造蜘蛛丝,这种丝的机械性能与天然蜘蛛丝相当,其强度高、慢回弹、可重复伸缩,在能量耗散和减震方面具有巨大的应用潜力,未来可用于救生、高层逃生绳、直升机悬梯、降落伞绳索等多个领域。

《自然·通讯》网站截图

据科学网介绍,自然界中的蜘蛛丝具有强大的机械性能,它表现出极高的抗拉强度,与高等级合金钢相当。在高湿的环境下,蜘蛛丝可伸长5倍,并且伸长后几乎不反弹、不旋转。被拉长的蜘蛛丝遇水还会恢复到初始长度,这使它被来袭的猎物撞击而拉长后,可以自动修复并重新使用。这一切都表明蜘蛛丝具有超强的机械性能组合。

刘遵峰团队在文章中称,目前人们已经通过蛋白纤维、超分子水凝胶纤维、碳纳米管复合纤维等各种方式成功地复制或是部分复制蜘蛛丝的机械性能,但通过不基于蛋白的方法制备人造蜘蛛丝仍然很困难。

他表示,之所以要研究非蛋白的制备方法,是因为目前基于蛋白的制备方法很难规模化放大。在其团队看来,非蛋白制备方法之所以遇到困难,可能是因为此前人们在研制人造蜘蛛丝时,很少会考虑到水。而蜘蛛丝作为一种天然的水凝胶纤维,它的形成可能跟水密切相关。

于是,刘遵峰团队用聚丙烯酸和二氧化硅纳米颗粒交联制出有层级结构的水凝胶纤维,并通过掺杂二价离子和加捻来增强其强度,最后通过控制纤维芯和纤维鞘部分的水分蒸发速率完成材料的自组装。

据文章介绍,这种人造蜘蛛丝抗拉强度为895MPa,其机械性能与天然蜘蛛丝相当,还具有370 MJ m−3的高韧性和极高的阻尼能力。

科学网称,这一新材料的研获让人们可以大胆想象:当高层建筑发生火灾等紧急情况时,人们可以使用由“人造蜘蛛丝”制成的绳索实现缓降自救。这根特殊的绳索可以承受人体重量,缓慢拉伸且不会像橡皮筋一样会回弹。这大大降低了人体或物体下降的速度,从而起到缓冲作用。

若想查看论文原文,请点击这里

责任编辑:李焕宇
蜘蛛 科研 科研人员
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