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强大!科学家研发出人造蜘蛛丝,能承受1吉帕斯卡极限抗拉强度

前瞻网    2021-07-25 20:13

 

强大!科学家研发出人造蜘蛛丝,能承受1吉帕斯卡极限抗拉强度

蜘蛛丝是自然界令人印象最深刻的材料之一,表现出令人印象深刻的强度和韧性。现在,圣路易斯华盛顿大学的研究人员声称已经创造出了一种人造蜘蛛丝,它的性能甚至超过了一些天然蜘蛛丝。

这并不是这个研究团队的第一次突破——早在2018年,他们就开发了一种合成蜘蛛丝,在抗拉强度、延展性和韧性方面与天然蜘蛛丝不相上下。为此,他们将产丝基因拼接到细菌中,并对其进行微调,使丝中的蛋白质融合在一起,形成一种更坚固、更坚韧的材料。

在这项新研究中,研究小组在先前研究的基础上,不仅要匹配天然丝,而且要超越天然丝。关键成分是纳米晶体,它可以提高材料的强度,但很难人工合成。

“蜘蛛已经知道如何用理想数量的纳米晶体纺丝,”该研究的首席研究员说。“但当人类使用人工纺丝工艺时,合成丝纤维中的纳米晶体数量往往低于天然纤维。”

因此,研究人员认真钻研,修补蚕丝中的蛋白质结构。这一次,他们添加了新的淀粉样蛋白序列,倾向于产生更多的纳米晶体,同时也使用了更少的重复氨基酸序列,这使得细菌更容易产生它们。

最终得到了含有128个重复单位的混合聚合淀粉样蛋白。这比该团队之前工作的192个纳米晶体要少,但β纳米晶体足以弥补可能带来的强度损失。

在测试中,这种新型合成丝的平均极限抗拉强度约为1吉帕斯卡(GPa),平均韧性约为161兆焦耳/立方米。这种组合的效果超过了大多数合成丝,也超过了一些天然丝。其中一兆焦耳(1*10^6焦耳),大致相当于一辆一吨重的车以160km/h的速度行驶所具有的动能。

该团队表示,该研究仍有很大的改进空间。他们只研究了三种淀粉样蛋白序列,这意味着更好的特性可能隐藏在数千种等待探索的序列中。

这项研究发表在ACS Nano杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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