科技日報(bào)記者 張夢然
據(jù)最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志報(bào)道，美國塔夫茨大學(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(xiàng)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(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，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?。多巴胺的作用機(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(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(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。
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(shí)。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。
