受蜘蛛人啟發的黏性絲纖維可提起其80倍的重量
這簡直就像漫畫書裡的情節:一滴液態絲迅速變硬,成為一種黏稠、結實的纖維,可以舉起比它重80 倍的物體。 聽起來耳熟嗎? 研究人員在一項新的研究中描述了受蜘蛛人啟發的技術。一種新創造的網狀材料會讓許多小時候(或長大後)看過漫畫的人非常高興。 蜘蛛人正式向現實生活中的蜘蛛人邁進了一步。
在一項新研究中,來自塔夫茨大學Silklab的研究團隊(其目標是將天然材料重新想像為”活材料”)創造出了第一種網狀懸掛技術,在這種技術中,從針中射出的流體材料幾乎會立即凝固–並且足夠堅固,可以黏附和拾取物體。
塔夫茨大學工程學教授、Silklab實驗室主任、該研究的共同通訊作者菲奧倫佐-奧梅內托(Fiorenzo Omenetto)說:”作為科學家和工程師,我們在想像與實踐之間遊走。我們可以從大自然中獲得靈感。的想像。 ” “
研究人員的黏性纖維來自蠶蛾的蠶繭,透過在溶液中煮沸,將蠶繭分解成纖維蛋白結構單元。 然後,溶液可以透過窄孔針射出–擠出,形成形成一股纖維流,由於添加了適當的添加劑,當纖維流暴露在空氣中時就會凝固。 為什麼是飛蛾而不是蜘蛛? 蠶蛾(Bombyx mori)的絲具有與蜘蛛絲相似的特性,但結構沒那麼複雜,原料更容易取得。
就像任何由漫畫書啟發的發現一樣,研究人員在偶然中發現瞭如何複製蜘蛛絲在自然界中實現的特性–剛度、彈性和黏合性。
塔夫茨大學研究助理教授、本研究的第一作者馬爾科-洛-普雷斯蒂(Marco Lo Presti)說:”我當時正在做一個利用蠶絲纖維素製造極強粘合劑的項目,當當我用丙酮清洗玻璃器皿時,我注意到玻璃底部形成了一種網狀物質。
研究團隊發現,當絲纖維素溶液暴露在乙醇或丙酮等有機溶劑中時,它會形成半固態的水凝膠,但這需要幾個小時。 然而,如果加入多巴胺–是的,那個讓人感覺良好的多巴胺–它幾乎會立即凝固。 添加填充物–殼聚醣或硼酸鹽緩衝劑–可產生具有高拉伸強度的可黏合、可伸展的水凝膠纖維。
經過測試,擠出的”網繩”纖維能夠提起超過自身重量80倍的物體。 研究人員成功地從大約12 公分(4.7 英吋)的距離內拿起了一個蠶繭、一個鋼螺栓、一個漂浮在水面上的實驗管、一把半埋在沙子裡的手術刀和一個木塊。
研究人員預計,受蜘蛛人啟發的纖維將有一系列應用,包括組織工程、藥物傳輸、生物材料和黏合劑。 雖然它們無法達到天然蛛絲的強度(天然蛛絲的強度約為天然蛛絲的1000倍),但研究人員的目標是繼續改進他們的黏性材料。
這項研究發表在《先進功能材料》雜誌。