日推妙招製成人造蜘蛛絲

在科幻影片中，超級英雄“蜘蛛俠”穿梭於摩天大廈之間或緩慢降至地面而毫髮無損，全憑神奇的“蜘蛛絲”。蜘蛛絲是最強韌的天然纖維之一，製造出媲美天然蛛絲的人造纖維，是材料學的重要研究方向。日本研究人員日前發明了一種設備，可紡出與自然產生的蛛絲非常接近的人造蜘蛛絲。人造絲腺能模仿蜘蛛絲腺中自然發生的各種化學和物理變化，重建絲的複雜分子結構。

研究人員指出，自然界中的蜘蛛絲具有強大的機械性能，它表現出極高的抗拉強度，與高等級合金鋼相當。在高濕的環境下，蜘蛛絲可伸長五倍，並且伸長後幾乎不反彈、不旋轉。被拉長的蜘蛛絲遇水還會恢復到初始長度，這使它被來襲的獵物撞擊而拉長後，可以自動修復並重新使用，這一切都表明蜘蛛絲具有超強的機械性能組合。此外，它具有生物相容性。蜘蛛絲是一種生物聚合物纖維，由具有高度重複序列的大蛋白（蛛絲蛋白）製成。在蜘蛛絲纖維內部，有一種被稱為β-片層的分子亞結構，它必須正確排列，才能使絲纖維具有獨特的機械性能。多年來，重建這種複雜的分子結構一直困擾着科學家。

研究人員指出，蜘蛛的絲腺就像是一種天然的微流控裝置。研究團隊試圖用微流控來模擬天然蜘蛛絲的產生，開發出一種外觀像矩形盒子的設備，裡面有微小的溝槽。他們先將前體蛛絲蛋白溶液放置在一端，然後通過負壓將其拉向另一端。當蛛絲蛋白溶液經過微流控通道時，它們暴露在化學和物理環境的精確變化中。在正確的條件下，蛋白質自組裝成絲纖維，且具備特有的複雜結構。研究人員通過實驗找到了這些正確的條件，最終能夠優化微流控系統不同區域之間的相互作用。他們還發現，只有當使用負壓拉動蛛絲蛋白溶液時，才能組裝出具有正確β-片層排列的連續絲纖維。

研究人員指出，這項成果不僅可幫助減少目前紡織製造業對環境的負面影響，而且蜘蛛絲的生物可降解性和生物相容性使其成為縫合和人工韌帶等生物醫學應用的理想材料。另外，蜘蛛絲的化學組成是絲蛋白，有促進凝血的功能，是非常理想的生物材料。在軍事科學應用上，蜘蛛絲因結構特殊，具有吸收巨大衝擊能量的能力，是自然界最堅韌的材料之一，又因優異的強韌性，使其僅需極微量就可達到防彈效果，製成的防彈衣將較目前廣泛使用的防彈衣更輕盈，未來甚至可做成如T恤般的造型。

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