蜘蛛丝是目前已知的最坚韧的天然生物聚合物之一,其强韧的物理性质甚至钢材都难以媲美。研究结果显示,蜘蛛丝的强度是钢的6倍,并且,即便在零下60℃,蜘蛛丝仍能保留其良好的弹性。此外,蜘蛛丝还有久储不霉的特点。也正因如此,业界一直再寻找一种人造蛛丝的方法,以此来实现生产柔软又具有很大强度的“生物钢”的想法。
甚至这种想法在影视作品中就有体现。像大家津津乐道的超英IP《蜘蛛侠》中,主角彼得·帕克在变异之后,就研发出了一种人造蛛丝,并且开发出了对应的发射装置。甚至还诞生了一个著名场面——手腕射出的粘液在空气中瞬间凝固成蛛丝,并拉着蛛丝在高楼大厦之间荡秋千。
而这种原本属于动漫及电影中的场景,却成为研究人员开发技术的灵感,并在最近走进了现实。据悉美国塔夫茨大学团队受《蜘蛛侠》的影响,开发了一种能提起超自重80倍物体的新型纤维。
复制蜘蛛丝的主要难点在于其独特的化学组成与复杂的结构。而研究团队在一次实验中意外发现,使用丙酮清洁盛放过丝素蛋白的玻璃器皿时,底部会出现网状物质。而这也成为了解决复制蜘蛛丝过程中一些工程挑战的突破口。简单来说,丝素蛋白溶液在接触到乙醇或丙酮等有机溶剂时会缓慢固化成半固体水凝胶,而多巴胺可以加速这个过程,让固化过程变得非常快速。
基于这一结论,团队首先从从蚕蛾茧中提取丝素蛋白,并通过煮沸处理,将其分解成基本蛋白质成分,并通过混入黏合剂然后从同轴针头挤出,使其被丙酮包围在接触空气后迅速凝固,形成一种具有强大黏附力和抗拉强度的纤维。在接触物体后,丙酮蒸发,纤维便会牢牢附着于接触物体。
而为了进一步提升纤维强度,研究团队还在其中加入了源自昆虫外骨骼的壳聚糖以及硼酸盐缓冲剂。据测试,纤维的抗拉强度因此提高至原来的200倍黏附性增强了18倍。更重要的一点是,这种纤维的粗细在制造过程中可以通过针头的尺寸控制,进一步提升了其应用的范围。
相信随着工艺的进一步成熟,这种新型的人造“蛛丝”,能够为我们的生活带来更多的可能。