新型纖維能提起超自重80倍物體

據(jù)最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志報(bào)道，美國(guó)塔夫茨大學(xué)團(tuán)隊(duì)受《蜘蛛俠》中手腕射出蛛網(wǎng)的科幻場(chǎng)景啟發(fā)，發(fā)明了一種能夠發(fā)射類(lèi)似蛛絲的技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)利用了從蠶蛾繭中提取的絲素蛋白，經(jīng)過(guò)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(guò)細(xì)孔針擠出，并與特定添加劑混合時(shí)，會(huì)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(shí)間的一次實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用丙酮清潔玻璃器皿時(shí)，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(guò)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(shí)會(huì)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(guò)程變得非�？焖佟６喟桶返淖饔脵C(jī)制類(lèi)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(duì)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(guò)程。通過(guò)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(chóng)外骨骼）將纖維的抗拉強(qiáng)度提高至原來(lái)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(lèi)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(guò)自重80倍的物體。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)室試管、部分埋藏于沙中的手術(shù)刀及木塊等多種物品。