研究人员制造出比天然蜘蛛丝更结实的人造蜘蛛丝

科技工作者之家 07月21日

蜘蛛丝是自然界最令人印象深刻的材料之一,其表现出令人印象深刻的强度和韧性。现在,来自圣路易斯华盛顿大学的研究人员称已经创造出了一种性能可以超过一些天然蜘蛛丝的人造蜘蛛丝。

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实际上,这并不是该研究团队的第一个成果--早在2018年,他们就研发出了一种合成蜘蛛丝,它在抗拉强度、延展性和韧性方面都跟真正的蜘蛛丝不相上下。为了做到这一点,他们将产生丝的基因拼接到细菌中并对其进行调整,这样丝中的蛋白质就会被融合在一起从而制造出更强、更坚韧的材料。

现在,在这项新研究中,研究小组不仅要在之前的研究基础上得到能与天然蜘蛛丝匹配的人造蜘蛛丝而且还要超越它。据悉,这当中的关键成分是β -纳米晶体,它能提高材料的强度,但是它很难合成。

这项研究的论文首席研究员Fuzhong Zhang说道:“蜘蛛已经找到了纺出所需数量纳米晶体纤维的方法。但当人类使用人工纺丝工艺时,合成丝纤维中的纳米晶体含量却往往低于天然丝纤维。”

因此,研究人员这次修改了丝中的蛋白质排列。他们添加了新的淀粉样蛋白序列,据悉,这些序列倾向于产生更多的β -纳米晶体并且与此同时还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,研究人员得到了一种含有128个重复单位的杂交淀粉样蛋白。这比研究小组之前的192个纳米晶体要少,但β -纳米晶体足以弥补这可能带来的强度损失。

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在测试中,这种新型合成丝的平均极限抗拉强度约为1GPa,平均韧性约为161兆焦耳每立方米。这种组合比大多数合成丝性能更好,同时还要比一些天然丝性能更好。

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研究团队表示,这项技术仍有很大的改进空间。眼下,他们只对三种淀粉样蛋白序列进行了研究,这意味着更好的特性可能还隐藏在数千种有待探索的淀粉样蛋白序列中。

来源:Science科学

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