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解开蜘蛛丝的另一个秘密-它是一根电缆

时间:2019-08-21 来源:熊猫流量小王子
解开蜘蛛丝的另一个秘密-它是一根电缆

Hannes Schniepp(左)和Qijue Wang使用原子力显微镜确定棕色隐士蜘蛛的网状链实际上是纳米纤维组装成扁平的带状电缆。图片来源:Stephen Salpukas

科学家正在揭开自然界最有趣和最具潜在价值的材料之一 - 蜘蛛丝的秘密。

威廉玛丽应用科学系的Hannes Schniepp说,一条蜘蛛 丝比同等重量的钢丝绳强五倍。他的实验室一直在揭开棕色隐士蜘蛛的力量背后的秘密。

他们的最新发现令人惊讶:棕色隐士不会旋转单股蛋白质纤维。

“我们期待发现光纤是单一质量,”Schniepp解释说。“但我们发现丝绸实际上是一种细小的电缆。”

这一发现来自同一实验室的2017年报告,揭示了棕色隐士丝的力量的另一个因素来自旋转到结构中的环。这项工作由国家科学基金会资助。蜘蛛丝是一个重要的话题,因为它的强度和韧性使合成蜘蛛丝成为材料科学和工程学的“圣杯”。

解开蜘蛛丝的另一个秘密-它是一根电缆

“了解蜘蛛丝与昆虫丝相比增加机械韧性的原因一直是许多研究的主要动力,以及在实验室中合成生产大量蜘蛛丝的愿望。从这个角度来看,结果是报告提供了一个有趣的线索,即大自然在生产令人惊叹的材料方面的“交易技巧”,“NSF项目主管Mohan Srinivasarao说,他帮助资助了这项研究。

“在分子水平上了解棕色隐士丝的特性,不仅可以提供对自然界最坚韧的材料之一的见解,还可以为其他合成材料的设计提供途径,”他补充道。

应用科学研究生Schniepp和Qijue Wang 在美国化学学会引用的ACS Macro Letters杂志的一篇论文中描述了他们的研究结果,“隐士蜘蛛的丝绸起源于纳米纤维” 。他们使用一种极其敏感的技术,称为原子力显微镜,在分子水平上检测蜘蛛丝的结构。

解开蜘蛛丝的另一个秘密-它是一根电缆

在Hannes Schniepp的综合科学中心实验室研究了约100只棕色隐士蜘蛛的稳定标本。他带领一个小组研究有毒蜘蛛的丝纺特性。图片来源:Stephen Salpukas

“事实证明,纤维是由许多纳米链组成的,”Schniepp说。“每个nanostrand是由蛋白质制成的细线,直径不到百万分之一英寸。”该报告称,典型的隐士丝丝由约2,500个纳米链组成。Schniepp和Wang开发了一种详细的丝绸结构模型,揭示了隐士缆绳结构的其他有趣特征。

科学家早就知道隐士丝的横截面是扁平的而不是圆形的。奇怪的是,Schniepp和Wang报告说,构成电缆的纳米链或纳米纤维不像绳索那样编织或扭曲,而是平行排列。

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“你如何比较圆形头发的厚度与扁平的缎带?” 施尼普问道。“如果你想要准确的话,这有点棘手。”

他补充说,准确的比较不仅考虑了隐形带的厚度,它比头发的厚度小一千倍,而且还考虑到头发的横截面是丝的十倍的事实。链。因此,Schniepp说,丝的横截面是人发的 1 / 10,000 。

Schniepp和Wang还发现,单个纳米链很容易彼此分离,这表明纳米纤维之间的键相对较弱。但他们还发现,丝绸结构强度的一个关键在于每个纳米体的长度。

科学家已经提出了许多模型来解释蜘蛛丝的组织构成以及这种结构对韧性和强度的理想和重要特性的贡献。Schniepp说,论文中提出的结构是最简单和最优雅的主要模型。

“我们相信棕色隐士蜘蛛丝的秘密基本上源于单个纳米纤维,”他说。