受蜘蛛侠启发的粘性丝纤维可提起其80倍的重量

2024年10月11日 15:23 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

这简直就像漫画书里的情节:一滴液态丝迅速变硬,成为一种粘稠、结实的纤维,可以举起比它重 80 倍的物体。 听起来耳熟吗? 研究人员在一项新的研究中描述了受蜘蛛侠启发的技术。一种新创造的网状材料会让许多小时候(或长大后)看过漫画的人非常高兴。 蜘蛛侠正式向现实生活中的蜘蛛侠迈进了一步。

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在一项新研究中,来自塔夫茨大学Silklab的研究团队(其目标是将天然材料重新想象为"活材料")创造出了第一种网状悬挂技术,在这种技术中,从针中射出的流体材料几乎会立即凝固--并且足够坚固,可以粘附和拾取物体。

塔夫茨大学工程学教授、Silklab实验室主任、该研究的共同通讯作者菲奥伦佐-奥梅内托(Fiorenzo Omenetto)说:"作为科学家和工程师,我们在想象与实践之间游走。我们可以从大自然中获得灵感。 我们可以从漫画和科幻小说中获得灵感。 在这种情况下,我们希望对我们的丝材料进行逆向工程,使其表现出大自然最初的设计方式,以及漫画作家的想象。"

研究人员的粘性纤维来自蚕蛾的蚕茧,通过在溶液中煮沸,将蚕茧分解成纤维蛋白结构单元。 然后,溶液可以通过窄孔针射出--挤出,形成形成一股纤维流,由于添加了适当的添加剂,当纤维流暴露在空气中时就会凝固。 为什么是飞蛾而不是蜘蛛? 蚕蛾(Bombyx mori)的丝具有与蜘蛛丝相似的特性,但结构没那么复杂,而且原材料更容易获得。

就像任何由漫画书启发的发现一样,研究人员在偶然中发现了如何复制蜘蛛丝在自然界中实现的特性--刚度、弹性和粘合性。

塔夫茨大学研究助理教授、本研究的第一作者马尔科-洛-普雷斯蒂(Marco Lo Presti)说:"我当时正在做一个利用蚕丝纤维素制造极强粘合剂的项目,当我用丙酮清洗玻璃器皿时,我注意到玻璃底部形成了一种网状物质。"

研究小组发现,当丝纤维素溶液暴露在乙醇或丙酮等有机溶剂中时,它会形成半固态的水凝胶,但这需要几个小时。 然而,如果加入多巴胺--是的,那个让人感觉良好的多巴胺--它几乎会立即凝固。 添加填料--壳聚糖或硼酸盐缓冲剂--可产生具有高拉伸强度的可粘合、可伸展的水凝胶纤维。

经测试,挤出的"网绳"纤维能够提起超过自身重量80倍的物体。 研究人员成功地从大约 12 厘米(4.7 英寸)的距离内拿起了一个蚕茧、一个钢螺栓、一个漂浮在水面上的实验管、一把半埋在沙子里的手术刀和一个木块。

研究人员预计,受蜘蛛侠启发的纤维将有一系列应用,包括组织工程、药物输送、生物材料和粘合剂。 虽然它们无法达到天然蛛丝的强度(天然蛛丝的强度约为天然蛛丝的1000倍),但研究人员的目标是继续改进他们的粘性材料。

该研究发表在《先进功能材料》杂志上。

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