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模仿蜘蛛后纺织技巧电子天平

2022-09-20

模仿蜘蛛后纺织技巧

模仿蜘蛛后纺织技巧 2012 蜘蛛丝是什么了不起的东西吗?人类随随便便扫两下,墙角的蛛网就被拂掉了,殊不知正毁了一个生物界的奇迹――明明是蛋白质,但如果拿普通蛛丝制成一条钢丝绳那么粗的绳索,则绝对可以吊起上千吨的重物。在这群面目可憎却很有本事的生产者中,毒蜘蛛“黑寡妇”的产品更被誉为“生物钢”,高强高韧。维尔拉的小组拿出成果前,人们早已能合成关键蛋白制出人造蛛丝,却一直无法模拟蜘蛛的纺织技巧,而今大概终于不再被“黑寡妇”们鄙视了。

中国科技网讯 美国加州太平洋大学科学家向人们展示了从细菌获取合成蜘蛛丝并将其进行加工的研究成果。他们通过将称为“后纺织”(post-spin)的重要过程实行标准化,创造性地改革了合成蜘蛛丝纯化过程,为生产和应用高强度合成蜘蛛丝奠定了基础。

科学家表示,在后纺织过程中,合成蜘蛛丝分子通过机械促动器械被拉伸而提高了纤维的强度。研究发现,机械拉伸让合成蜘蛛丝十分均匀,避免了人工纺织过程中出现的误差,结果是合成蜘蛛丝与雌性黑寡妇蜘蛛产生的自然蜘蛛丝相近程度超出了科学家的预想。

科学家过去已掌握了获得与自然纤维具有相同生化完整性的合成蜘蛛丝的方法,但是存在的问题是不能模仿蜘蛛特有的后纺织技能。这种自然后纺织过程可拉伸纤维(蜘蛛丝),以便让纤维分子整齐排列提高纤维的强度。

为解决该难题,太平洋大学克雷格·维尔拉博士开发了利用机械促动器械除去人为变数的技术。在实验室中,机械促动器械能够模仿蜘蛛的自然后纺织技巧,可靠地拉伸合成蜘蛛丝纤维至特定的长度。维尔拉表示,在拉伸过程前,合成纤维存在着显著的力学特征差异,拉伸处理后其差异显著减少。

鉴于其力学特性,合成蜘蛛丝具有潜在的多种工业应用。人们对黑寡妇蜘蛛丝所具有的高强度特别感兴趣,分析表明其强度可以与杜邦公司的凯夫拉尔纤维相媲美,同时其重量更轻、密度更低。如果人们能够大量生产具有蜘蛛丝力学特性的合成丝,那么有望利用它取代凯夫拉尔纤维、碳纤维和钢材。合成蜘蛛丝将给特定产品的生产带来巨大的影响,包括防弹衣、飞机机身以及外科切口缝合线。

维尔拉领导的研究小组目前在继续研究黑寡妇蜘蛛以及合成蜘蛛丝的生产。他说,研究小组、试图融会贯通他们掌握的知识,实现合成蜘蛛丝拉伸过程的大规模化。他们最终的目标是实现合成蜘蛛丝材料可再生生产,帮助人们改变未来。

蜘蛛丝是一种了不起的材料,其强度和韧性无可比拟。大多数蜘蛛物种分泌七、八种类型的丝,它们有不同的用途。比如牵引丝(Dragline silk)作为大多数蜘蛛网的主干网,而其它的丝用于搭架或捕获猎物。

雌性欧洲洞穴蜘蛛栖息于从北欧到韩国的黑暗、潮湿的地方,它们产生泪滴状的卵囊,用丝做成梗把卵囊挂在洞穴的天花板上。不同于任何其它类型的丝,这种纤维比较大,不规则的表面覆盖有胶质分泌物,将丝固定在一起。

在最近的研究中,研究人员收集了来自意大利皮埃蒙特不同洞穴的卵囊,对梗丝进行各种测试。拉伸试验机器不停地拉,直到丝断裂。

其它蜘蛛类型的卵囊丝在拉断之前只能伸展20%到50%。欧洲洞穴蜘蛛的梗丝一般可以拉伸到原来的两至三倍,有的甚至7.5倍。研究结果表明,卵囊梗由密集和随机填充的纤维组成,因此弹性很大

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