劍橋大學用水凝膠紡出蜘蛛絲

材料牛注：彼得·帕克會驚訝地發現，劍橋大學的建筑學家和化學家們已經制備出了一種強韌、超彈性、無毒且可持續的人造蜘蛛絲，而且用的還是含98％的水的材料。這種新型人造纖維是由水凝膠在室溫下通過紡絲而成，不僅無毒，而且耗能少，制造成本比目前已有的同類品都要低。人類在制備仿生蛛絲的道路上又邁進了一步！

幾個世紀以來，蜘蛛絲都被看作是一種很有潛力的神奇的材料。最著名的便是蜘蛛用以捕捉獵物的粘性物質，即各種同時具備高的拉伸強度、延展性、彈性和韌性的絲。它也可以被紡成非常細的絲線，并且可以編織成細膩平滑的布料，其觸感和耐用性是蠶絲所無法媲美的。

但問題是，想要大量提取蜘蛛絲很困難，因此其最多被用于制作望遠鏡和步槍瞄準器上的十字準線。與蠶不同，蜘蛛是臭名昭著的“食人族”，不能養殖。而蛛絲本身是一種糖和脂質與各種蛋白質混合的非常復雜的結構，想要在實驗室中進行復制也非常困難。

為了得到仿生蛛絲，人們進行了各種嘗試，但是制備這些纖維通常涉及高溫和有毒溶劑。而劍橋大學的這個團隊使用的則是含水量達98％的水凝膠，其是通過“分子手銬”，即由二氧化硅和纖維素所組成的瓜環，所鍵合在一起的。

歸功于構成該水凝膠的化合物相互作用的方式，可以從凝膠中拉出非常長的超分子聚合物纖維，而當分子通過共享電子鍵合在一起時，該凝膠在室溫下即可進行自組裝。

據該團隊介紹，在紡絲的30秒之內，水分會從直徑只有幾百萬分之一米的纖維中蒸發出來，纖維會變強變黏，具有與天然蛛絲相似的性質。例如，這種水凝膠絲具有非常高的阻尼能力，這意味著它可以像蹦極一樣通過拉伸吸收大量的能量。事實上，它的能力甚至超過了一些天然絲。

該團隊認為，這種方法不僅可用于生產紡織品，傳感器和其他材料，而且還可用于制造其他目前仍依賴有毒、高耗能加工方法的合成纖維。

劍橋建筑學院的Darshil Shah說：“雖然我們的纖維強度沒有達到最強的蜘蛛絲的強度，但它們也可以承受100到150MPa的應力，這與其他合成或天然絲相似。但重要的是，我們的纖維是無毒的，而且所消耗的能量低得多。”

該研究已經發表在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上。

原文鏈接：Cambridge scientists spin hydrogel into synthetic spider silk

文獻鏈接：Bioinspired supramolecular fibers drawn from a multiphase self-assembled hydrogel

本文由材料人編輯部黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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