蜘蛛絲是目前已知彈性和韌性最高的天然纖維,其抗張強(qiáng)度是鐵的5倍,是現(xiàn)有最好的人造纖維的3倍。那么,蜘蛛如何在短時(shí)間內(nèi),利用存儲(chǔ)在絲腺中的蜘蛛絲蛋白制造出纖長的、非常穩(wěn)定且彈性很好的蜘蛛絲呢?德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)、拜羅伊特大學(xué)的科學(xué)家在5月13日出版的《自然》雜志上揭示了這個(gè)秘密。
慕尼黑工業(yè)大學(xué)的荷斯特·克斯樂教授稱,天然蜘蛛絲的彈性和抗張強(qiáng)度無與倫比,其可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域:從可吸收的手術(shù)縫合材料到自動(dòng)化工業(yè)使用的纖維等。如果解開這個(gè)謎題,或許有助于研究人員研發(fā)出穩(wěn)定的人造蜘蛛絲纖維。
蜘蛛絲包含很多蛋白分子,這些蛋白分子是由數(shù)千個(gè)氨基酸組成的長鏈。X射線結(jié)構(gòu)分析顯示,在蜘蛛絲纖維中的某些區(qū)域,幾個(gè)蛋白長鏈通過穩(wěn)定的物理鏈接相互絞合在一起,從而讓蜘蛛絲纖維非常穩(wěn)定;而不發(fā)生鏈接的區(qū)域可以讓蜘蛛絲纖維擁有很高的彈性。
不過,當(dāng)絲蛋白還在蜘蛛的絲腺中時(shí),雖然高密度的絲蛋白被存儲(chǔ)在一個(gè)充滿鹽水的環(huán)境中,但這些絲蛋白長鏈卻并沒有發(fā)生簇?fù)砗玩溄。慕尼黑理工大學(xué)化學(xué)系的湯姆斯·史凱貝解釋道,在絲腺中的存儲(chǔ)環(huán)境下,兩個(gè)長鏈中相互鏈接的區(qū)域并非平行放置,這樣就有效地阻止了長鏈的相互絞合。
當(dāng)絲蛋白進(jìn)入紡紗管道,它們遇到了一個(gè)鹽水濃度和組成完全不同的環(huán)境,這使得這些蛋白長鏈會(huì)平行對齊,讓那些負(fù)責(zé)相互鏈接的區(qū)域“肩并肩”地并排在一起,由此形成了穩(wěn)定的蜘蛛絲。
使用微系統(tǒng)技術(shù),研究人員研發(fā)出了一個(gè)人工的紡紗管道。同時(shí),拜羅伊特大學(xué)的科學(xué)家正在研發(fā)仿生紡紗裝置,希望能夠制造出人工蜘蛛絲。
- 深圳大學(xué)黃思雅課題組 AFM:受蜘蛛絲啟發(fā)的具有應(yīng)變強(qiáng)化、高阻尼和超收縮性能的非均相超分子網(wǎng)絡(luò) 2023-08-23
- 南開大學(xué)劉遵峰教授/東華大學(xué)朱美芳院士/中國藥大周湘副教授《Adv. Mater.》:受神經(jīng)元啟發(fā)的粘附性人造蛛絲 2023-06-21
- 南開大學(xué)劉遵峰教授/東華大學(xué)朱美芳院士/中國藥大周湘副教授《Adv. Mater.》:高強(qiáng)、高韌人造蜘蛛絲 2023-06-20
- 南京林業(yè)大學(xué)羅艷龍 AFM:受蜻蜓翅膀啟發(fā)的網(wǎng)狀分級結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超分子彈性體的強(qiáng)韌化 2025-04-04
- 中國海大田維乾/北林許鳳/青大張利鳴 ACS Nano: 強(qiáng)韌納米纖維素/MXene基離子 - 電子雙導(dǎo)水凝膠膜用于穩(wěn)定鋅負(fù)極 2025-04-02
- 北海道大學(xué)龔劍萍教授《Nat. Mater.》: 斷鍵觸發(fā)凝膠快速自增強(qiáng) 2025-02-28
- 德國德累斯頓工大章奕欣教授課題組《Chem. Mater.》: 用肽-脂-多糖構(gòu)建的模塊化雙親性自組裝水凝膠 2021-03-31