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新型纖維能提起超自重八十倍物體
文章來源:新能源網(wǎng)     更新時間:2024-10-12 16:05:58
科技日報北京10月11日電 (記者張夢然)據(jù)最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志報道,美國塔夫茨大學(xué)團(tuán)隊受《蜘蛛俠》中手腕射出蛛網(wǎng)的科幻場景啟發(fā),發(fā)明了一種能夠發(fā)射類似蛛絲的技術(shù)。

  這項技術(shù)利用了從蠶蛾繭中提取的絲素蛋白,經(jīng)過煮沸處理后分解成基本蛋白質(zhì)成分。當(dāng)這種絲素蛋白溶液通過細(xì)孔針擠出,并與特定添加劑混合時,會在接觸空氣后迅速凝固,形成一種具有強(qiáng)大黏附力和抗拉強(qiáng)度的纖維。

  在稍早時間的一次實驗中,研究團(tuán)隊意外發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用丙酮清潔玻璃器皿時,底部出現(xiàn)了網(wǎng)狀物質(zhì)。這一偶然現(xiàn)象幫助解決了復(fù)制蜘蛛絲過程中遇到的一些工程挑戰(zhàn)。絲素蛋白溶液在接觸到乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑時會緩慢固化成半固體水凝膠,但加入多巴胺作為黏合劑成分后,固化過程變得非??焖佟6喟桶返淖饔脵C(jī)制類似于海洋生物藤壺所使用的化學(xué)反應(yīng),能促進(jìn)纖維牢固地黏附于各種表面。

  為了進(jìn)一步優(yōu)化纖維性能,團(tuán)隊將多巴胺添加到絲素蛋白溶液中,這有助于加速液體向固體轉(zhuǎn)變的過程。通過同軸針頭注射,細(xì)絲溶液被一層丙酮包圍,在空中即刻引發(fā)凝固。隨著丙酮蒸發(fā),形成的纖維便可立即附著于接觸物體上。此外,他們還引入了殼聚糖(源自昆蟲外骨骼)將纖維的抗拉強(qiáng)度提高至原來的200倍,用硼酸鹽緩沖劑讓黏附性增強(qiáng)約18倍。

  最終制得的纖維直徑范圍廣泛,從比人類頭發(fā)絲還細(xì)到接近半毫米不等,取決于所用針頭的尺寸。該裝置產(chǎn)生的纖維展現(xiàn)出驚人的承重能力,甚至能夠提起超過自重80倍的物體。為驗證這一點(diǎn),團(tuán)隊成功展示了從大約12厘米遠(yuǎn)的距離,使用這種纖維提起蠶繭、鋼螺栓、漂浮于水面的實驗室試管、部分埋藏于沙中的手術(shù)刀及木塊等多種物品。

【總編輯圈點(diǎn)】

  大自然里蜘蛛吐絲的現(xiàn)象,為科幻電影《蜘蛛俠》里的神奇橋段帶來靈感,也激發(fā)了全球觀眾的無限遐想。這部電影令人腦洞大開的想象力,又進(jìn)一步啟發(fā)了科學(xué)家去研制具有超強(qiáng)黏附力、承重力和拉伸彈性的纖維材料,從而讓科幻般的場景變成現(xiàn)實。這種從自然現(xiàn)象到科幻電影,再到科學(xué)研究的過程,就像一場奇妙的接力賽,充分展示了人類思維的無限創(chuàng)造力和科學(xué)探索的巨大魅力。

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