人造蜘蛛絲，強(qiáng)度與鋼鐵媲美！

在自然界中，蜘蛛以其精湛的織網(wǎng)技藝和獨(dú)特的生存策略而聞名。它們能夠在樹林間懸掛著的細(xì)絲上自由蕩秋千，這背后的秘密，正是蜘蛛絲那令人驚嘆的機(jī)械特性。蜘蛛絲的直徑雖然只有幾微米，但其強(qiáng)度卻能與鋼鐵相媲美，甚至有過之而無不及。這種強(qiáng)度與輕質(zhì)的完美結(jié)合，使得蜘蛛絲在紡織、汽車制造乃至醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域都顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。更重要的是，蜘蛛絲是一種生物可降解的材料，這為尋求環(huán)保替代品的現(xiàn)代社會提供了新的選擇。

然而，蜘蛛的天性使得它們難以被大規(guī)模養(yǎng)殖以獲取天然蜘蛛絲。它們之間的相互捕食行為，以及對環(huán)境的敏感性，都限制了天然蜘蛛絲的獲取。為了克服這一難題，科學(xué)家們開始探索利用重組蜘蛛絲蛋白來制備人工蜘蛛絲。這一方法不僅能夠繞過蜘蛛天性的限制，還能通過精確控制生產(chǎn)過程來獲得性能更優(yōu)的蜘蛛絲。

在芬蘭的Aalto University，Ruxia Fan博士生及其團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新的水性紡絲體系，成功制備出了接近天然蜘蛛絲性能的人造蜘蛛絲。他們首先通過融合技術(shù)提高了蛛絲蛋白的水溶性，為后續(xù)的水性紡絲貯存液的制備打下了基礎(chǔ)。接著，他們模擬了天然蜘蛛絲的紡絲過程，利用離液鹽、剪切力和脫水等誘導(dǎo)因素，促使重組蛛絲蛋白自組裝成纖維。這一過程不僅重現(xiàn)了天然蜘蛛絲的紡絲機(jī)制，而且通過濕法紡絲技術(shù)，成功制備出了具有高延展性和高韌性的人造蜘蛛絲。

這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于，它完全摒棄了傳統(tǒng)紡絲過程中所需的有機(jī)溶劑，轉(zhuǎn)而使用純水性鹽溶液作為凝固浴。這種方法不僅環(huán)保，而且成本低廉，極大地提高了人造蜘蛛絲的可持續(xù)性。此外，通過生物點(diǎn)擊反應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)還展示了一種在溫和條件下對纖維進(jìn)行功能化的方法，這為人造蜘蛛絲的多功能應(yīng)用開辟了新的道路。

在這一過程中，科學(xué)家們首先通過提高蛛絲蛋白的水溶性，制備出了高濃度的水性紡絲貯存液。隨后，他們利用鹽析、剪切力和脫水等自然因素，誘導(dǎo)重組蛛絲蛋白從液滴狀態(tài)快速轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀態(tài)。這一轉(zhuǎn)變過程不僅快速，而且能夠模擬天然蜘蛛絲的形成機(jī)制，從而保證了人造蜘蛛絲的優(yōu)異性能。

通過濕法紡絲技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功生產(chǎn)出了具有高延展性和高韌性的人造蜘蛛絲。這種蜘蛛絲的延展性超越了目前所有的人造蜘蛛絲，而其韌性也接近于天然蜘蛛絲。這一成果不僅展示了水性紡絲體系的高效性，也為人造蜘蛛絲的大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。

最后，研究團(tuán)隊(duì)利用重組蜘蛛絲蛋白的獨(dú)特分子設(shè)計(jì)，通過生物點(diǎn)擊反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對纖維的高效功能化。這種方法不僅具有高選擇性，而且能夠在溫和條件下進(jìn)行，為人造蜘蛛絲的多功能應(yīng)用提供了新的途徑。

總的來說，這項(xiàng)研究通過模仿天然蜘蛛絲的紡絲過程，開發(fā)出了一種可持續(xù)的水性濕法紡絲方法。這種方法不僅能夠生產(chǎn)出性能優(yōu)異的人造蜘蛛絲，還能夠在不犧牲環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)纖維的功能化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，人造蜘蛛絲有望成為許多石油基纖維的可持續(xù)替代品，為人類社會的發(fā)展貢獻(xiàn)新的力量。