Sci Daily报导,自然界本来就是利用丝线织成绳索、蜘蛛网与茧的灵感来源。

美国麻州塔夫茨大学的研究人员开发出一项新技术,可以射出液态材料,瞬间固化成能黏附,并提起物体的纤维。

在该大学的Silklab(丝实验室),这些纤维其实来自蚕茧,蚕茧经过煮沸后提取蛋白质,再透过细针射出,在空气中固化成纤维,并利用特定添加剂强化效果。

Silklab实验室运用蚕丝蛋白发展出强效的水下黏合剂、可印刷在各种表面的感应器、可食用的保鲜涂层来延长农产品的保存期限、增强太阳能电池效率的集光材料,以及永续的微晶片制造技术。

然而,尽管研究人员在丝基材料上取得了重大进展,他们仍无法完全复制蜘蛛的技术,因为蜘蛛能精确控制所织出丝线的硬度、弹性及黏性等特性。

蚕丝蛋白溶液在接触到像乙醇或丙酮这类有机溶剂时,通常会在数小时内逐渐形成半固态水凝胶。当有机溶剂快速混合后,蚕丝溶液迅速生成具有高抗拉强度和黏性的纤维。

当蚕丝溶液通过针管射出时,溶液被一层丙酮包围引起固化反应,留下的纤维会黏附在任何接触到的物体上。研究人员进一步加入几丁质(一种来自昆虫外骨骼的衍生物),让纤维的抗拉强度提升至200倍,并加入硼酸盐缓冲液,使纤维的黏附性增加了约18倍。

纤维的直径根据针管的孔径调整,从头发的粗细到约半毫米不等。这个装置能射出纤维,并在各种条件下提起超过自身重量80倍的物体。研究人员透过这项技术展示了从约12公分的距离提起物体的能力,包括茧、钢制螺栓、漂浮在水上的实验管、部分埋在沙中的手术刀,以及木块。

研究人员表示:「观察自然界,你会发现蜘蛛无法射出它们的蜘蛛网。它们通常是从丝腺中吐出丝线,接触到表面后再拉出丝线来织网。而我们展示了一种能从装置射出纤维,并在远距离黏附并提起物体的方法。与其说这是仿生材料,不如说它是一种受到超级英雄启发的材料。」

黏性物质拉起比自身重量80倍重的物体。YouTube
黏性物质拉起比自身重量80倍重的物体。YouTube

黏性物质拉起比自身重量80倍重的物体。YouTube
黏性物质拉起比自身重量80倍重的物体。YouTube