想必很多人都看过《蜘蛛侠》这部超英雄电影,在生活中我们对蜘蛛丝接触也比较多。但是我们对蜘蛛丝的了解甚少。蜘蛛丝是由蜘蛛所自然分泌从丝腺抽出的纤维,大部分成分是蛋白质所构成。我们都知道蜘蛛有很大的腹部,而腹部中具有多种腺体,这些腺体是蜘蛛身上专门分泌丝蛋白的,通称为丝腺。
英国生产人造蛛丝 无毒高强度未来应用多方面
蜘蛛丝的强度(单位截面积下的张力)比高质量的钢铁的强度还大出许多,能与许多人造的聚酰胺纤维强度相比。蜘蛛丝的延展性十分强,能拉长至原长度的1.4倍不出现仍断裂。最重要的同等强度的纤维无法拉长不出现断裂。蜘蛛丝在纺织业、医疗和军事方面都有很大方面的应用。
剑桥大学的建筑师和化学家已经设计出了一种强力,超弹性,无毒和可持续的人造蜘蛛丝,而其主要成分由98%的水制成的。新的人造纤维在室温下由水凝胶纺丝,制造成本较低,同时具有许多真正的蜘蛛丝的性质。
蜘蛛丝几个世纪以来都被认为是一种潜在的奇迹材料。蜘蛛捕捉猎物和虚构的超级英雄都是用蜘蛛丝来捕捉猎物,它也可以纺成非常细的丝线,并且可以编织成细腻平滑的布料,也可以组合称高强度纤维在建筑方面有所应用。
蜘蛛丝几个世纪以来都被认为是一种潜在的奇迹材料。
与蚕不同,蜘蛛是臭名昭着的“食人族”,不能进行养殖。而丝是糖和脂质混合的蛋白质,其构造是令人头疼的复杂,并且在实验室中复制是非常困难的。
剑桥团队做出各种尝试来模拟制造蜘蛛丝所分泌的纤维,但是那些纤维通常涉及高温和有毒溶剂。于是剑桥队更换做法,从水凝胶开始,水凝胶是由98%的水组成的物质,通过分子手铐,称为葫芦素,由二氧化硅和纤维素组成。由于构成水凝胶的化合物是相互作用的方式完成的,那么团队可以从凝胶中拉出非常长的超分子聚合物纤维,当分子通过共享电子键合在一起时,就可以在室温下进行组装。
据团队介绍,在旋转的30秒内,其水凝胶的水分从纤维中蒸发出的直径只有几百万分之一米,这样的“人造蛛丝”变得强壮而且具有与真正的蜘蛛丝相似的性质。例如,水凝胶丝具有类似的非常高的阻尼能力,这意味着它可以像蹦极绳一样通过拉伸吸收大量的能量。事实上,它的能力甚至超过一些天然的丝绸。
剑桥建筑部的Darshil Shah说:“虽然我们的纤维并不像最强的蜘蛛丝那样强壮,但它们可以支持100到150兆帕的压力,与其他合成和天然的丝绸相似。“但是最重要得失,我们设计的人造纤维是无毒的,而且能量,密度要低得多。”
Darshil Shah同时还说:“单个超分子纤维的直径约为6微米。“人的头发的直径约为80微米,蜘蛛丝约为五微米。在制作编织材料时,我们组合了多根纤维线,比例在10到100之间。“
所有的工业纺织品目前都使用某种纱线或编织物
所有的工业纺织品目前都使用某种纱线或编织物,但假如使用这种合成丝绸就会不一样了。最直接的优点是它们的方法是纤维在室温下自组装,通过“超分子主体 - 客体化学”保持在一起,这允许制造商不用再有毒物质或在极端热中工作。“由于纤维是由天然的可生物降解材料 - 二氧化硅和纤维素制成 ,它完全具有生物相容性,不用担心无法讲解的情况。”Shah说。
“工业生产的合成纤维依赖于有毒溶剂和高能量方法,温度远高于200摄氏度,甚至在碳纤维情况下高达1500摄氏度。“而我们的人造蛛丝可以使用水作为溶剂,在常温环境温度和日常压力下就可以生产纤维。”她表示这次人造蛛丝也具有潜在的生物医学应用。也可能用于改进其他种类的合成纤维。
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