蛛絲在科學(xué)界是一種非凡的材料，這種蛋白質(zhì)纖維幾乎比現(xiàn)在人工能制造的材料都更強(qiáng)。
蜘蛛用來做網(wǎng)的外圍的拽引絲更是個(gè)驚人的東西，它的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于高級合金鋼，但密度卻只有它的六分之一。而且延展性特別好，有時(shí)可以拉到原來的五倍。這種強(qiáng)度與延展性的組合使得蛛絲極為堅(jiān)韌，和新型的如Kevlar有的一拼。
所以如果能讓蜘蛛絲變得更強(qiáng)大毫無疑問會(huì)是重大的科學(xué)成就，這就是意大利特倫托大學(xué)的Emiliano Lepore和他的幾個(gè)朋友一起在蜘蛛身上研究的東西。
這些人已經(jīng)想到一個(gè)辦法：把納米管、石墨烯和蛛絲一起融合形成一種超越現(xiàn)存任何材料韌性的新材料。這樣做出來的材料有幾個(gè)特性，它的斷裂強(qiáng)度、楊氏模量和彈性模量比測量過的任何東西都高。
該團(tuán)隊(duì)利用的辦法比較簡單，他們用了15只從意大利農(nóng)村收集來的幽靈蛛科的蜘蛛，放在實(shí)驗(yàn)室里控制養(yǎng)殖，他們把這些蜘蛛的拽引絲收集起來做參考樣本。
然后，他們開始把石墨烯和納米管融入蛛絲中，辦法簡單又巧妙——給蜘蛛噴含有這些材料的水。然后再把蜘蛛吐的絲收集起來測量其力學(xué)性能。
每一縷絲，他們都把它固定在兩個(gè)C形硬紙板上，然后把它放進(jìn)一個(gè)可以測量設(shè)備里，它的測量精確度達(dá)到負(fù)載為15納米牛（nano-newtons）及位移在0.1毫微米。
Lepore及他的同伴測量的結(jié)果為：“我們測量到，融合之后的蛛絲斷裂強(qiáng)度達(dá)到了5.4GPa，楊氏模量高達(dá)47.8GPa，彈性模量是2.1GPa.這是一個(gè)纖維最高的彈性模量，比如今的合成高性能纖維還要強(qiáng)。”
這一努力給我們提出了一些有趣的問題。首先，蜘蛛是如何把納米管和石墨烯吸收進(jìn)蛛絲里的并不清楚。他們試圖用光譜分析法來證明蛛絲里含有碳材料，但是沒辦法證明究竟是如何融入的。
一種可能性是，在蜘蛛成絲的時(shí)候表面被涂上了一層碳材料。Lepore他們不能排除這種可能性，但又覺得這不可能因?yàn)槿绻沁@樣的結(jié)構(gòu)不會(huì)又他們測量出來的這個(gè)結(jié)果。他們認(rèn)為，如果只是在表面加上涂層不會(huì)有明顯的可觀察到的強(qiáng)化效果。
Lepore的團(tuán)隊(duì)說，更有可能是蜘蛛攝入了含有碳材料的水之后把它們吸收進(jìn)去了，在肚子里成絲時(shí)就把它們?nèi)谌肓酥虢z里面。因此，石墨烯和納米管進(jìn)入了每個(gè)蛛絲纖維的中部，在那里它們對纖維強(qiáng)度的影響最大。他們甚至自己模擬了碳纖維在中間的蛛絲分子結(jié)構(gòu)，并說模擬品的力學(xué)性能與實(shí)驗(yàn)得出的成品符合。
不過蛛絲作為材料的利用在未來還存在著挑戰(zhàn)。至今還沒人發(fā)現(xiàn)收獲蛛絲的有效辦法，不過有人做過嘗試。如果未來能開研究出大規(guī)模采集蛛絲的手段，并將其在工業(yè)發(fā)展就有可能廣泛用于組織修復(fù)及服裝設(shè)計(jì)。
這并不是第一次有科研人員試圖修改蛛絲的結(jié)構(gòu)，之前曾經(jīng)有各種團(tuán)隊(duì)把蛛絲放到適當(dāng)?shù)恼羝性谥虢z里加入金屬元素，雖然這樣也大大增加了蛛絲的強(qiáng)度和柔韌性，但是效果沒有Lepore的好。
Lepore的團(tuán)隊(duì)此次的結(jié)果給學(xué)界帶來了非凡的影響，蛛絲本身就有特殊性能，那是經(jīng)過4億年進(jìn)化得來的結(jié)果，而Lepore在此基礎(chǔ)上又做了這么大的改進(jìn)顯然會(huì)給學(xué)者一點(diǎn)啟示。這次采用的技術(shù)啟示非常簡單，而這也表明或許類似的辦法對其他生物也可行。他們說：“這種加強(qiáng)辦法也能在其他動(dòng)植物中應(yīng)用，產(chǎn)生一種新的仿生材料。 (責(zé)任編輯：建筑小白) |
