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揭开蜘蛛丝高弹性之谜

文/吴佳■

  美国亚利桑那州立大学的研究团队通过一种非侵入性激光散射技术,找到一种从完整的蜘蛛丝上获取各种弹性成分的途径,未来可用于开发出生产从防弹背心到人工腱的弹性材料。

  这种非侵入性的布里渊光散射技术使用了小于3.5毫瓦的极低功率激光,激光束在经过完整的蜘蛛网后,不会破坏蜘蛛网,研究人员从而能在空间中描绘出每张网的弹性刚度。他们对于包括金纺蜘蛛、北美园蛛、西方黑寡妇和草绿色猞猁蜘蛛在内的4类蛛网进行了研究。

  “蜘蛛丝具有独一无二的机械强度和弹性,这使得其成为我们所知道的最牢固材料。”这项研究的首席研究员、亚利桑那州立大学化学生物系教授杰弗瑞·亚格尔说,“这项研究代表了我们对于蜘蛛丝潜在的机械性能最完整的理解。”

  从负重上来讲,蜘蛛丝至少是钢琴线的5倍。蜘蛛丝是一种特殊的生物聚合物,与胶原(组成皮肤和骨头的材料)相关,但是蜘蛛丝的结构要更加复杂。研究团队正在研究蜘蛛丝的分子结构,以期获得生产从防弹背心到人工腱的材料。

  亚格尔解释说,这个信息应该有助于提供一个丰富的仿生材料工程结构的蓝图,譬如合成纤维的精密材料工程,它可以创造更强大、更具延展性和更多的弹性材料。

  他们还研究了蜘蛛丝独一无二的“超收缩”性能,即蜘蛛能拖牵蜘蛛丝编织成球体。当暴露于高湿度中,蜘蛛丝还能吸收水分,这种吸水行为能提高蜘蛛丝的收缩能力,因此,通过简单调整含水量,就可以对蜘蛛丝的机械性能进行调节。

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