这种创新材料可以从设备中发射，在半空中固化，并牢固地粘附在物体上，展示了举起比自身重得多的物体的潜力，为各种技术应用铺平了道路。
塔夫茨大学发明网织技术
每个读过漫画书或看过蜘蛛侠电影的孩子都想知道从手腕发射蜘蛛网并翱翔在城市街道上空捕捉恶棍是什么感觉。塔夫茨大学的研究人员将这些幻想变成了现实，开发出了第一种织网技术。这种创新装置从针中射出流体材料，该流体材料立即凝固成能够附着和提升物体的绳索。
在塔夫茨大学丝绸实验室，这些粘性纤维是由蚕蛾茧纺成的。这些蚕茧在溶液中煮沸，将其分解成基本蛋白质——丝蛋白。然后将丝素蛋白溶液通过窄孔针挤出，并在特定添加剂的帮助下形成气流，与空气接触后固化成纤维。
大自然的蓝图激发创新
当然，大自然是将丝纤维编织成绳索、网和茧的最初灵感。蜘蛛、蚂蚁、黄蜂、蜜蜂、蝴蝶、飞蛾、甲虫，甚至苍蝇都在生命周期的某个阶段产生丝。 Silk Labs () 也受到了大自然的启发，该公司率先使用丝素蛋白来制造可在水下工作的强力胶水、可应用于几乎任何表面的可打印传感器，以及可延长产品保质期的可食用涂层，从而显着提高产品的保质期。提高太阳能电池效率的光收集材料，以及更可持续的微芯片制造方法。
工程突破和偶然发现
然而，尽管它们在丝基材料方面取得了重大进展，但研究人员尚未复制蜘蛛控制其纺丝的刚度、弹性和粘合性能的能力。
这次突破纯属偶然。 “我当时正在进行一个用丝素蛋白制造非常坚固的粘合剂的项目，当我用丙酮清洁玻璃器皿时，我注意到玻璃底部形成了一种网状物质。”
这一偶然的发现克服了复制蜘蛛丝的几个工程挑战。当丝素蛋白溶液暴露于乙醇或丙酮等有机溶剂时，可以在几个小时内缓慢形成半固体水凝胶，但用于制造粘合剂的多巴胺的存在导致凝固过程几乎立即发生。当有机溶剂洗涤物快速混合时，丝溶液快速产生具有高拉伸强度和粘度的纤维。多巴胺及其聚合物使用与藤壶相同的化学物质来形成牢固地粘附在表面上的纤维。
高档蚕丝纤维
下一步是在空气中旋转纤维。研究人员在丝素蛋白溶液中添加多巴胺，这似乎可以通过吸走丝素蛋白中的水分来加速从液体到固体的转变。当通过同轴针注射时，丝溶液的细流被丙酮层包围，从而引发凝固。丙酮在空气中蒸发，使纤维附着在它接触到的任何东西上。研究人员用昆虫外骨骼的衍生物壳聚糖增强了丝素蛋白-多巴胺溶液，使纤维的拉伸强度增加了200倍，而硼酸盐缓冲剂则使纤维的粘附力增加了18倍。
展示实际应用
纤维的直径范围可以从人类头发的直径到大约半毫米，具体取决于针的孔径。
该装置可以发射纤维，在各种条件下都能承受超过自身重量80倍的物体。研究人员通过在大约 12 厘米外粘合一个茧、一个钢螺栓、一个漂浮的实验室管、一把部分埋在沙子中的手术刀和一块木头来证明这一点。
超级英雄灵感驱动未来创新
“如果你观察大自然，你就会发现蜘蛛不能结网，”洛普雷斯蒂说。 “它们通常从腺体中纺出丝，用身体接触表面，然后拉动线来构建它们的网。我们正在演示一种方法来做到这一点。” ，它从设备中发射纤维，然后粘住并从远处拾取物体，这项工作更像是一种受超级英雄启发的材料。”
在这项研究中，天然蜘蛛丝的强度仍然是人造纤维的 1000 倍左右。但只要有一点想象力和工程能力，这种创新将不断改进，并为各种技术应用铺平道路。
想象力与科学的交汇
“作为科学家和工程师，我们游走在想象和实践之间。这就是所有魔法发生的地方，”塔夫茨大学 Frank C. Doble 教授兼工程总监 · ( ) 说。 “我们可以从大自然中获取灵感。我们可以从漫画和科幻小说中获取灵感。在这种情况下，我们想要对我们的丝绸材料进行逆向工程，使其表现出大自然最初设计的方式，以及漫画作家的想象力”。
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