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仿生科技五大*新進(jìn)展:人人可成蜘蛛俠

日期:2025-05-12 14:08
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摘要: 看過《蜘蛛俠》的人都不會忘記主人公彼得·帕克利用蛛絲在林立的高樓間飛檐走壁、閃轉(zhuǎn)騰挪的精彩鏡頭。在《蜘蛛俠2》中,彼得·帕克甚至用一束束蛛絲攔住了一輛急馳的火車。雖然科幻電影具有相當(dāng)多的夸張成分,但除了蛛絲,自然界的確再也找不到這樣輕盈卻如此富有韌性的物質(zhì)了。仿生科技不僅有可能在未來讓人們成為蜘蛛俠,而且還提供了很多新的奇妙發(fā)明。 人工合成蛛絲 蜘蛛成為科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)是因?yàn)樗鼈兛梢灾圃鞄追N非常有用的東西,其中包括世界上*堅(jiān)固的材料之一——蛛絲?!叭绻阍?jīng)輕推過一個蜘蛛網(wǎng),你就會...

看過《蜘蛛俠》的人都不會忘記主人公彼得·帕克利用蛛絲在林立的高樓間飛檐走壁、閃轉(zhuǎn)騰挪的精彩鏡頭。在《蜘蛛俠2》中,彼得·帕克甚至用一束束蛛絲攔住了一輛急馳的火車。雖然科幻電影具有相當(dāng)多的夸張成分,但除了蛛絲,自然界的確再也找不到這樣輕盈卻如此富有韌性的物質(zhì)了。仿生科技不僅有可能在未來讓人們成為蜘蛛俠,而且還提供了很多新的奇妙發(fā)明。

人工合成蛛絲

蜘蛛成為科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)是因?yàn)樗鼈兛梢灾圃鞄追N非常有用的東西,其中包括世界上*堅(jiān)固的材料之一——蛛絲。“如果你曾經(jīng)輕推過一個蜘蛛網(wǎng),你就會感覺到在蛛網(wǎng)破裂前,它有一個拖拉伸展的過程”,麻省理工學(xué)院的化學(xué)工程學(xué)教授葆拉·哈蒙德說,“蛛絲正是通過這個伸展的過程吸收了許多能量,這讓蛛絲成為世界上*有韌性的材料之一?!?
多年來,人們一直幻想能用蛛絲制作衣服,現(xiàn)在這個幻想正在慢慢變成現(xiàn)實(shí)。研究人員首先要了解蜘蛛是如何造絲的,這也是人工合成蛛絲的關(guān)鍵。蛛絲含有一種纖維蛋白,這種蛋白質(zhì)和存在于毛發(fā)和羊角中的角質(zhì)蛋白相似。這種蛋白分泌出來后開始變得堅(jiān)韌,以前科學(xué)家還不了解這個過程,因此至今無法造出和蛛絲同等強(qiáng)度的纖維。但美國塔夫茲大學(xué)的研究人員*近發(fā)現(xiàn)了蜘蛛和蠶生產(chǎn)這種纖維的秘密。令人驚奇的是,整個過程竟然由水含量來控制。通過精細(xì)的平衡水的含量,蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白過快固化??ㄆ仗m博士已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室中模擬這一過程。不久的將來,人工制造的蛛絲將可以用來制作衣服或者強(qiáng)度超高的繩索。屆時,人人都可以成為手握蛛絲的蜘蛛俠了。

蜘蛛毒液可成殺蟲劑

科學(xué)家還希望借助蜘蛛制造一種理想的殺蟲劑。一種可以殺死害蟲,但對其他昆蟲以及人和動物沒有毒性的殺蟲劑。澳大利亞的漏斗蛛分泌的毒液由100多種化合物組成,其中幾種化合物已被發(fā)現(xiàn)只殺死特定的昆蟲。美國康涅狄格大學(xué)的科學(xué)家格倫·金說:“從毒液中把這些化合物分離出來,然后再用特殊方法把這些化合物放到一種病毒上,這些病毒只對某些昆蟲感興趣,這樣病毒就可以將化合物運(yùn)送到害蟲體內(nèi)并殺死這些害蟲”。如果科學(xué)家能夠在實(shí)驗(yàn)室合成這些化合物,就可以制造出對環(huán)境完全無害的殺蟲劑。

蛇毒制成去污劑

另一種來自于蛇的毒液將幫助科學(xué)家制造出更好的去污劑。美國加州惠特學(xué)院的日裔化學(xué)家德溫·飯本和他的學(xué)生從佛羅里達(dá)水腹蛇毒液中提取出一種酶,這種酶可以去除衣服上的血跡。人們已經(jīng)用**制造的酶來生產(chǎn)去污劑,但用動物的酶來生產(chǎn)去污劑還是個新事物。這種源于蛇的酶可以打碎干燥的血跡和衣服纖維之間的粘連。這項(xiàng)研究還處于實(shí)驗(yàn)階段,目前沒聽說哪家公司已經(jīng)將蛇毒酶加到去污劑中。

貽貝為粘合劑提供新思路

其他動物也可為人類發(fā)明新產(chǎn)品提供很好的素材。例如,貽貝可以緊緊帖在巖石或水泥樁上,如果湊近看,就能看到從貽貝體內(nèi)伸出幾十條纖細(xì)的纖維絲。貽貝有一個稱為“足”的器官,“足”可以將每一根纖維絲粘附在固定物體表面。普渡大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)貽貝粘附物質(zhì)的形成需要鐵,之前還從未在生物粘附劑中發(fā)現(xiàn)這種金屬元素。大多數(shù)生物粘附劑都以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ),當(dāng)鐵加入后,這種明膠樣的物質(zhì)變得堅(jiān)硬??雌饋龛F是必需的,因?yàn)槠渌梢员恢参锖蛣游锛?xì)胞處理的金屬并不能產(chǎn)生這種“堅(jiān)硬”過程。這個發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家生產(chǎn)出更好的粘合劑、不銹材料以及防污油漆。

山羊奶出產(chǎn)蜘蛛絲

當(dāng)然,在實(shí)驗(yàn)室制造產(chǎn)品和在工廠大規(guī)模生產(chǎn)有很大不同。例如,在工廠生產(chǎn)蛇酶去污劑首先要得到毒液。但無論捕蛇、人工飼養(yǎng)或收集毒液都不是件容易的工作。所以科學(xué)家正在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)可以生產(chǎn)蛇毒的細(xì)胞。蛛絲有可能走合成路線,因?yàn)椴荒芟箴B(yǎng)蠶那樣飼養(yǎng)蜘蛛,如果把兩只蜘蛛放到一個籠子里,一只蜘蛛總會吃掉另一只。哈蒙德的研究小組從聚亞安酯開始合成纖維,如今他們已經(jīng)能生產(chǎn)既柔軟又抗拉的纖維。他們正在研究使用超微粒子使纖維強(qiáng)度更大的工藝。其他研究人員則應(yīng)用了現(xiàn)代生物技術(shù)。
加拿大魁北克一家生物技術(shù)公司的研究人員將生產(chǎn)蛛絲的基因轉(zhuǎn)移到新西蘭小山羊的體內(nèi),這些山羊每升奶可以生產(chǎn)2-15克的蛛絲。這家公司在美國紐約州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰萊斯福爾都有養(yǎng)殖基地,公司希望每年可以生產(chǎn)5噸蛛絲。

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