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蜘蛛絲可以被用來制作“人造肌肉”?

來源:作者:人氣:-發表時間:2019-03-04 16:12:00【
研究人員發現,作為被稱為最抗重的材料之一,蜘蛛絲具有另一種不尋常的特性,可能會用于制備“人造肌肉”。研究小組發現,彈性纖維對濕度的變化反應非常強烈。在空氣中相對濕度高于一定水平的情況下,它們突然收縮并扭曲,施加足夠的力以與作為致動器探索的其他材料競爭 - 這些裝置可以執行某些活動,例如控制閥門。
研究人員最近發現了一種稱為“超收縮”的蜘蛛絲屬性,其中纖細的纖維可以隨著水分的變化而突然收縮。新的發現是,不僅螺紋收縮,它們同時扭曲,提供強大的扭轉力。 相關研究結果發表在《Science Advance》雜志上。

(圖片來源:www.pixabay.com)
“我們最初偶然發現了這一點,我們想研究濕度對蜘蛛拉絲的影響。”為此,他們將一根砝碼懸掛在絲綢上制成一種擺錘,并將其封入一個可以控制內部相對濕度的室內。 “當我們增加濕度時,鐘擺開始旋轉。這超出了我們的預期。”
此外,該團隊測試了許多其他材料,包括人發,但在他們嘗試過的其他材料中沒有發現這種扭曲動作。但劉說,他立即開始思考這種現象“可能會用于人造肌肉”。
“這對于機器人領域的研究者們來說可能非常有趣,”作者說道,這是一種控制某些傳感器或控制設備的新方法。 “通過控制濕度來控制這些運動非常精確。”
雖然從蜘蛛的角度來看這種扭轉力的目的尚不清楚,但研究人員認為,對水分的超收縮可能是確保網狀物在早晨露水時被拉緊的一種方法,也許可以防止它受到損害。最大化其對振動的響應性,以便蜘蛛感知它的獵物。
“我們沒有發現扭轉運動的任何生物學意義”。但是通過實驗室實驗和計算機分子建模的結合,他們已經能夠確定扭轉機制的工作原理。事實證明,這是基于特定種類的蛋白質-脯氨酸結構單元的折疊。
“蜘蛛拉絲是一種蛋白質纖維,”作者解釋說。 “它由兩種主要蛋白質組成,稱為MaSp1和MaSp2。”對于扭轉反應至關重要的脯氨酸在MaSp2中發現,當水分子與其相互作用時,它們以不對稱的方式破壞其氫鍵,從而導致旋轉。旋轉僅沿一個方向進行,并且發生在約70%相對濕度的閾值處。
“蛋白質具有內置的旋轉對稱性,通過它的扭轉力,它可以成為一種全新的材料。也許我們可以制造出能夠復制這種行為的新型聚合物材料,”作者說:“絲綢具有獨特的超收縮傾向,能夠響應外部觸發因素(例如濕度)表現出扭轉行為,可用于設計響應性的絲綢材料,可以在納米尺度上進行精確調整。潛在的應用是多種多樣的:從濕度驅動的軟機器人和傳感器,到智能紡織品和綠色能源發電機。”
原始出處
Dabiao Liu, Anna Tarakanova, Claire C. Hsu, Miao Yu, Shimin Zheng, Longteng Yu, Jie Liu, Yuming He, D. J. Dunstan and Markus J. Buehler. Spider dragline silk as torsional actuator driven by humidity. Science Advances, 2019 DOI: 10.1126/sciadv.aau9183
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