我科学家使用水凝胶纤维成功制备出了新型超强韧“人造蜘蛛丝”

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日期:2019-11-26 10:51:02    来源:科技日报    

科幻影片中,超级英雄“蜘蛛侠”穿梭于摩天大厦之间或缓慢降至地面而毫发无损,全凭神奇的“蜘蛛丝”。如今,这一科学幻想有望走进现实。南开大学药物化学生物学国家重点实验室、药学院、功能高分子教育部重点实验室刘遵峰教授团队使用水凝胶纤维成功制备出了新型超强韧“人造蜘蛛丝”,它强度高、慢回弹、可重复伸缩,未来或将用于高空缓降等多领域。日前,介绍该成果的论文在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》上。

自然界中的蜘蛛丝具有强大的机械性能,它表现出极高的抗拉强度,与高等级合金钢相当。在高湿的环境下,蜘蛛丝可伸长5倍,并且伸长后几乎不反弹、不旋转。被拉长的蜘蛛丝遇水还会恢复到初始长度,这使它被来袭的猎物撞击而拉长后,可以自动修复并重新使用。这一切都表明蜘蛛丝具有超强的机械性能组合。

“人们已经尝试用蚕丝蛋白来制作人工蜘蛛丝,并取得了一定的成功,但这种方法很难规模化放大。使用合成方法,制备能模仿蜘蛛丝的上述特性,仍然是一个难题。”刘遵峰说。

经过反复试验,刘遵峰团队采用了一种非常简单的方法,成功使用水凝胶纤维制备出了“人造蜘蛛丝”。刘遵峰介绍,水凝胶纤维由聚丙烯酸制成,聚丙烯酸具有核—鞘结构,通过掺杂二价离子并加捻,获得一定的捻度,极大地增加了其强度。这种新材料达到与天然蜘蛛丝几乎相当的力学性能。

这一新材料的研获让人们可以大胆想象:当高层建筑发生火灾等紧急情况时,人们可以使用由“人造蜘蛛丝”制成的绳索实现缓降自救。这根特殊的绳索可以承受人体重量,缓慢拉伸且不会像橡皮筋一样会回弹。这大大降低了人体或物体下降的速度,从而起到缓冲作用。(陈曦 吴军辉)

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