南開大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、藥學(xué)院、功能高分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉遵峰教授團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)文，稱他們研究出了一種人造蜘蛛絲，這種絲的機(jī)械性能與天然蜘蛛絲相當(dāng)，其強(qiáng)度高、慢回彈、可重復(fù)伸縮，在能量耗散和減震方面具有巨大的應(yīng)用潛力，未來可用于救生、高層逃生繩、直升機(jī)懸梯、降落傘繩索等多個(gè)領(lǐng)域。
自然界中的蜘蛛絲具有強(qiáng)大的機(jī)械性能，它表現(xiàn)出極高的抗拉強(qiáng)度，與高等級(jí)合金鋼相當(dāng)。在高濕的環(huán)境下，蜘蛛絲可伸長5倍，并且伸長后幾乎不反彈、不旋轉(zhuǎn)。被拉長的蜘蛛絲遇水還會(huì)恢復(fù)到初始長度，這使它被來襲的獵物撞擊而拉長后，可以自動(dòng)修復(fù)并重新使用。這一切都表明蜘蛛絲具有超強(qiáng)的機(jī)械性能組合。
劉遵峰團(tuán)隊(duì)在文章中稱，目前人們已經(jīng)通過蛋白纖維、超分子水凝膠纖維、碳納米管復(fù)合纖維等各種方式成功地復(fù)制或是部分復(fù)制蜘蛛絲的機(jī)械性能，但通過不基于蛋白的方法制備人造蜘蛛絲仍然很困難。
他表示，之所以要研究非蛋白的制備方法，是因?yàn)槟壳盎诘鞍椎闹苽浞椒ê茈y規(guī)模化放大。在其團(tuán)隊(duì)看來，非蛋白制備方法之所以遇到困難，可能是因?yàn)榇饲叭藗冊谘兄迫嗽熘┲虢z時(shí)，很少會(huì)考慮到水。而蜘蛛絲作為一種天然的水凝膠纖維，它的形成可能跟水密切相關(guān)。
于是，劉遵峰團(tuán)隊(duì)用聚丙烯酸和二氧化硅納米顆粒交聯(lián)制出有層級(jí)結(jié)構(gòu)的水凝膠纖維，并通過摻雜二價(jià)離子和加捻來增強(qiáng)其強(qiáng)度，最后通過控制纖維芯和纖維鞘部分的水分蒸發(fā)速率完成材料的自組裝。
據(jù)文章介紹，這種人造蜘蛛絲抗拉強(qiáng)度為895MPa，其機(jī)械性能與天然蜘蛛絲相當(dāng)，還具有370?MJ?m?3的高韌性和極高的阻尼能力。
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