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SciAdv:蜘蛛丝可以被用来制作“人造肌肉”?

admin 人造钻石 2020年09月14日

  2019年3月4日 讯 /生物谷BIOON/ --研究人员发现,作为被称为最抗重的材料之一,蜘蛛丝具有另一种不寻常的特性,可能会用于制备“人造肌肉”。研究小组发现,弹性纤维对湿度的变化反应非常强烈。在空气中相对湿度高于一定水平的情况下,它们突然收缩并扭曲,施加足够的力以与作为致动器探索的其他材料竞争 - 这些装置可以执行某些活动,例如控制阀门。

  研究人员最近发现了一种称为“超收缩”的蜘蛛丝属性,其中纤细的纤维可以随着水分的变化而突然收缩。新的发现是,不仅螺纹收缩,它们同时扭曲,提供强大的扭转力。 相关研究结果发表在《Science Advance》杂志上。

  “我们最初偶然发现了这一点,我们想研究湿度对蜘蛛拉丝的影响。”为此,他们将一根砝码悬挂在丝绸上制成一种摆锤,并将其封入一个可以控制内部相对湿度的室内。 “当我们增加湿度时,钟摆开始旋转。这超出了我们的预期。”

  此外,该团队测试了许多其他材料,包括人发,但在他们尝试过的其他材料中没有发现这种扭曲动作。但刘说,他立即开始思考这种现象“可能会用于人造肌肉”。

  “这对于机器人领域的研究者们来说可能非常有趣,”作者说道,这是一种控制某些传感器或控制设备的新方法。 “通过控制湿度来控制这些运动非常精确。”

  虽然从蜘蛛的角度来看这种扭转力的目的尚不清楚,但研究人员认为,对水分的超收缩可能是确保网状物在早晨露水时被拉紧的一种方法,也许可以防止它受到损害。最大化其对振动的响应性,以便蜘蛛感知它的猎物。

  “我们没有发现扭转运动的任何生物学意义”。但是通过实验室实验和计算机分子建模的结合,他们已经能够确定扭转机制的工作原理。事实证明,这是基于特定种类的蛋白质-脯氨酸结构单元的折叠。

  “蜘蛛拉丝是一种蛋白质纤维,”作者解释说。 “它由两种主要蛋白质组成,称为MaSp1和MaSp2。”对于扭转反应至关重要的脯氨酸在MaSp2中发现,当水分子与其相互作用时,它们以不对称的方式破坏其氢键,从而导致旋转。旋转仅沿一个方向进行,并且发生在约70%相对湿度的阈值处。

  “蛋白质具有内置的旋转对称性,通过它的扭转力,它可以成为一种全新的材料。也许我们可以制造出能够复制这种行为的新型聚合物材料,”作者说:“丝绸具有独特的超收缩倾向,能够响应外部触发因素(例如湿度)表现出扭转行为,可用于设计响应性的丝绸材料,可以在纳米尺度上进行精确调整。潜在的应用是多种多样的:从湿度驱动的软机器人和传感器,到智能纺织品和绿色能源发电机。”(生物谷

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