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 文／陳根

在過(guò)去的半個(gè)世紀(jì)里，蜘蛛絲一直是人們感興趣的長(zhǎng)期研究課題之一，因?yàn)樗兄愃其撹F和凱夫拉爾纖維的顯著的力學(xué)性能，前者強(qiáng)且硬但是材料過(guò)重，后者強(qiáng)而軟但是可拉伸性欠缺。

按照常理，拉升強(qiáng)度的上升必然伴隨著韌性的下降，反之亦然。但蜘蛛絲卻集這些優(yōu)點(diǎn)于一身，強(qiáng)、軟、輕且可拉伸，也因此成為高性能應(yīng)用的理想材料，比如，能量吸收、宇航服、防彈應(yīng)用等。

現(xiàn)在，英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員就模仿蜘蛛絲的特性，創(chuàng)造了一種基于植物的、可持續(xù)的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當(dāng)今使用的許多普通塑料一樣堅(jiān)固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時(shí)，該材料無(wú)須工業(yè)堆肥設(shè)備就可在大多數(shù)自然環(huán)境安全降解，也可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的劍橋大學(xué)優(yōu)素福·哈米德化學(xué)系的圖瑪斯·諾爾斯教授表示，蜘蛛絲這樣的材料之所以如此堅(jiān)固的關(guān)鍵原因之一是氫鍵在空間中規(guī)則地排列，而且密度非常高。基于此，研究人員開(kāi)始研究如何在其他蛋白質(zhì)中復(fù)制這種有規(guī)律的自組裝。

其中，蛋白質(zhì)具有分子自組織和自組裝的傾向，尤其是植物衍生蛋白，其含量豐富，作為食品工業(yè)的副產(chǎn)品它們很容易獲得。這是一種可持續(xù)的資源。然而，人們卻對(duì)植物蛋白的自組裝知之甚少。

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用大豆分離蛋白（SPI）作為測(cè)試植物蛋白，因?yàn)樽鳛槎褂蜕a(chǎn)的副產(chǎn)品，SPI很容易獲得。但是，像SPI這樣的植物蛋白很難溶于水，因此也很難控制它們自組裝成有序的結(jié)構(gòu)。

為此，研究人員使用了環(huán)境友好的乙酸和水的混合物，并結(jié)合超聲波和高溫，提高了SPI的溶解度。這種方法產(chǎn)生了由氫鍵形成引導(dǎo)的具有增強(qiáng)的分子間相互作用的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。在第二步中，溶劑被去除，從而形成不溶于水的薄膜。

因此，通過(guò)使用SPI，研究團(tuán)隊(duì)成功在沒(méi)有蜘蛛的情況下，復(fù)制了類似蜘蛛絲的結(jié)構(gòu)，即所謂的“純素蜘蛛絲”，并且具有與低密度聚乙烯等高性能工程塑料相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>