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来源:作者:人气:-发表时间:2019-03-04 16:12:00【
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。

(图片来源:www.pixabay.com)
“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。”
原始出处
Dabiao Liu, Anna Tarakanova, Claire C. Hsu, Miao Yu, Shimin Zheng, Longteng Yu, Jie Liu, Yuming He, D. J. Dunstan and Markus J. Buehler. Spider dragline silk as torsional actuator driven by humidity. Science Advances, 2019 DOI: 10.1126/sciadv.aau9183
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