剑桥大学用水凝胶纺出蜘蛛丝

材料牛注：彼得·帕克会惊讶地发现，剑桥大学的建筑学家和化学家们已经制备出了一种强韧、超弹性、无毒且可持续的人造蜘蛛丝，而且用的还是含98％的水的材料。这种新型人造纤维是由水凝胶在室温下通过纺丝而成，不仅无毒，而且耗能少，制造成本比目前已有的同类品都要低。人类在制备仿生蛛丝的道路上又迈进了一步！

几个世纪以来，蜘蛛丝都被看作是一种很有潜力的神奇的材料。最著名的便是蜘蛛用以捕捉猎物的粘性物质，即各种同时具备高的拉伸强度、延展性、弹性和韧性的丝。它也可以被纺成非常细的丝线，并且可以编织成细腻平滑的布料，其触感和耐用性是蚕丝所无法媲美的。

但问题是，想要大量提取蜘蛛丝很困难，因此其最多被用于制作望远镜和步枪瞄准器上的十字准线。与蚕不同，蜘蛛是臭名昭著的“食人族”，不能养殖。而蛛丝本身是一种糖和脂质与各种蛋白质混合的非常复杂的结构，想要在实验室中进行复制也非常困难。

为了得到仿生蛛丝，人们进行了各种尝试，但是制备这些纤维通常涉及高温和有毒溶剂。而剑桥大学的这个团队使用的则是含水量达98％的水凝胶，其是通过“分子手铐”，即由二氧化硅和纤维素所组成的瓜环，所键合在一起的。

归功于构成该水凝胶的化合物相互作用的方式，可以从凝胶中拉出非常长的超分子聚合物纤维，而当分子通过共享电子键合在一起时，该凝胶在室温下即可进行自组装。

据该团队介绍，在纺丝的30秒之内，水分会从直径只有几百万分之一米的纤维中蒸发出来，纤维会变强变黏，具有与天然蛛丝相似的性质。例如，这种水凝胶丝具有非常高的阻尼能力，这意味着它可以像蹦极一样通过拉伸吸收大量的能量。事实上，它的能力甚至超过了一些天然丝。

该团队认为，这种方法不仅可用于生产纺织品，传感器和其他材料，而且还可用于制造其他目前仍依赖有毒、高耗能加工方法的合成纤维。

剑桥建筑学院的Darshil Shah说：“虽然我们的纤维强度没有达到最强的蜘蛛丝的强度，但它们也可以承受100到150MPa的应力，这与其他合成或天然丝相似。但重要的是，我们的纤维是无毒的，而且所消耗的能量低得多。”

该研究已经发表在期刊Proceedings of the National Academy of Sciences上。

原文链接：Cambridge scientists spin hydrogel into synthetic spider silk

文献链接：Bioinspired supramolecular fibers drawn from a multiphase self-assembled hydrogel

本文由材料人编辑部黄亚编译，点我加入材料人编辑部。

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