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德科学家破解蜘蛛丝强韧之谜 研发仿生装置

来源:《科技日报》       更新时间:2010-5-16 11:12:49
 
蜘蛛丝是目前已知弹性和韧性最高的天然纤维,其抗张强度是铁的5倍,是现有最好的人造纤维的3倍。那么,蜘蛛如何在短时间内,利用存储在丝腺中的蜘蛛丝蛋白制造出纤长的、非常稳定且弹性很好的蜘蛛丝呢?德国慕尼黑工业大学、拜罗伊特大学的科学家在5月13日出版的《自然》杂志上揭示了这个秘密。

  慕尼黑工业大学的荷斯特·克斯乐教授称,天然蜘蛛丝的弹性和抗张强度无与伦比,其可以应用于很多领域:从可吸收的手术缝合材料到自动化工业使用的纤维等。如果解开这个谜题,或许有助于研究人员研发出稳定的人造蜘蛛丝纤维。

  蜘蛛丝包含很多蛋白分子,这些蛋白分子是由数千个氨基酸组成的长链。X射线结构分析显示,在蜘蛛丝纤维中的某些区域,几个蛋白长链通过稳定的物理链接相互绞合在一起,从而让蜘蛛丝纤维非常稳定;而不发生链接的区域可以让蜘蛛丝纤维拥有很高的弹性。

  不过,当丝蛋白还在蜘蛛的丝腺中时,虽然高密度的丝蛋白被存储在一个充满盐水的环境中,但这些丝蛋白长链却并没有发生簇拥和链接。慕尼黑理工大学化学系的汤姆斯·史凯贝解释道,在丝腺中的存储环境下,两个长链中相互链接的区域并非平行放置,这样就有效地阻止了长链的相互绞合。

  当丝蛋白进入纺纱管道,它们遇到了一个盐水浓度和组成完全不同的环境,这使得这些蛋白长链会平行对齐,让那些负责相互链接的区域“肩并肩”地并排在一起,由此形成了稳定的蜘蛛丝。

  使用微系统技术,研究人员研发出了一个人工的纺纱管道。同时,拜罗伊特大学的科学家正在研发仿生纺纱装置,希望能够制造出人工蜘蛛丝。(刘霞)

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