强大！科学家研发出人造蜘蛛丝，能承受1吉帕斯卡极限抗拉强度

蜘蛛丝是自然界令人印象最深刻的材料之一，表现出令人印象深刻的强度和韧性。现在，圣路易斯华盛顿大学的研究人员声称已经创造出了一种人造蜘蛛丝，它的性能甚至超过了一些天然蜘蛛丝。

这并不是这个研究团队的第一次突破——早在2018年，他们就开发了一种合成蜘蛛丝，在抗拉强度、延展性和韧性方面与天然蜘蛛丝不相上下。为此，他们将产丝基因拼接到细菌中，并对其进行微调，使丝中的蛋白质融合在一起，形成一种更坚固、更坚韧的材料。

在这项新研究中，研究小组在先前研究的基础上，不仅要匹配天然丝，而且要超越天然丝。关键成分是纳米晶体，它可以提高材料的强度，但很难人工合成。

“蜘蛛已经知道如何用理想数量的纳米晶体纺丝，”该研究的首席研究员说。“但当人类使用人工纺丝工艺时，合成丝纤维中的纳米晶体数量往往低于天然纤维。”

因此，研究人员认真钻研，修补蚕丝中的蛋白质结构。这一次，他们添加了新的淀粉样蛋白序列，倾向于产生更多的纳米晶体，同时也使用了更少的重复氨基酸序列，这使得细菌更容易产生它们。

最终得到了含有128个重复单位的混合聚合淀粉样蛋白。这比该团队之前工作的192个纳米晶体要少，但β纳米晶体足以弥补可能带来的强度损失。

在测试中，这种新型合成丝的平均极限抗拉强度约为1吉帕斯卡（GPa），平均韧性约为161兆焦耳/立方米。这种组合的效果超过了大多数合成丝，也超过了一些天然丝。其中一兆焦耳（1*10^6焦耳），大致相当于一辆一吨重的车以160km/h的速度行驶所具有的动能。

该团队表示，该研究仍有很大的改进空间。他们只研究了三种淀粉样蛋白序列，这意味着更好的特性可能隐藏在数千种等待探索的序列中。

这项研究发表在ACS Nano杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c02944