研究人員製造出比天然蜘蛛絲更結實的人造蜘蛛絲

據媒體報導,蜘蛛絲是自然界最令人印象深刻的材料之一,其表現出令人印象深刻的強度和韌性。現在,來自聖路易斯華盛頓大學的研究人員稱已經創造出了一種性能可以超過一些天然蜘蛛絲的人造蜘蛛絲。

研究人員製造出比天然蜘蛛絲更結實的人造蜘蛛絲

實際上,這並不是該研究團隊的第一個成果–早在2018年,他們就研發出了一種合成蜘蛛絲,它在抗拉強度、延展性和韌性方面都跟真正的蜘蛛絲不相上下。為了做到這一點,他們將產生絲的基因拼接到細菌中並對其進行調整,這樣絲中的蛋白質就會被融合在一起從而製造出更強、更堅韌的材料。

現在,在這項新研究中,研究小組不僅要在之前的研究基礎上得到能與天然蜘蛛絲匹配的人造蜘蛛絲而且還要超越它。據悉,這當中的關鍵成分是β -納米晶體,它能提高材料的強度,但是它很難合成。

這項研究的論文首席研究員Fuzhong Zhang說道:「蜘蛛已經找到了紡出所需數量納米晶體纖維的方法。但當人類使用人工紡絲工藝時,合成絲纖維中的納米晶體含量卻往往低於天然絲纖維。」

因此,研究人員這次修改了絲中的蛋白質排列。他們添加了新的澱粉樣蛋白序列,據悉,這些序列傾向於產生更多的β -納米晶體並且與此同時還使用了更少的重復胺基酸序列,這使得細菌更容易產生它們。

最終,研究人員得到了一種含有128個重復單位的雜交澱粉樣蛋白。這比研究小組之前的192個納米晶體要少,但β -納米晶體足以彌補這可能帶來的強度損失。

研究人員製造出比天然蜘蛛絲更結實的人造蜘蛛絲

在測試中,這種新型合成絲的平均極限抗拉強度約為1GPa,平均韌性約為161兆焦耳每立方米。這種組合比大多數合成絲性能更好,同時還要比一些天然絲性能更好。

研究人員製造出比天然蜘蛛絲更結實的人造蜘蛛絲

研究團隊表示,這項技術仍有很大的改進空間。眼下,他們只對三種澱粉樣蛋白序列進行了研究,這意味著更好的特性可能還隱藏在數千種有待探索的澱粉樣蛋白序列中。

來源:cnBeta