现实版蜘蛛侠科技：塔夫茨工程师发明了织网技术装置

受漫画书中超级英雄神奇能力的启发，塔夫茨大学的研究人员利用丝素蛋白开发了一种现实生活中的织网技术。

这种创新材料可以从设备中发射，在半空中凝固，并牢固地附着在物体上，展示了提升比自身重得多的物体的潜力，为各种技术应用铺平了道路。

塔夫茨大学发明了织网技术

每个读过漫画书或看过蜘蛛侠电影的孩子都想知道，从手腕上射出蜘蛛网、翱翔在城市街道上空、捕捉恶棍是什么感觉。塔夫茨大学的研究人员已经将这些幻想变成了现实，他们开发出了第一种织网技术。这种创新的装置从一根针中射出一种流体材料，这种材料会立即固化成一根能够附着和提升物体的绳子。

在塔夫茨大学丝绸实验室，这些粘性纤维是从蚕蛾茧中纺成的。这些蚕茧在溶液中煮沸，将其分解成它们的基本蛋白质，即丝蛋白。然后将丝素溶液通过窄孔针头挤出，在特定添加剂的帮助下，形成一股气流，与空气接触后凝固成纤维。

大自然的蓝图激发创新

当然，大自然是将丝绸纤维编织成绳、网和茧的原始灵感。蜘蛛、蚂蚁、黄蜂、蜜蜂、蝴蝶、飞蛾、甲虫，甚至苍蝇在生命周期的某个阶段都能产丝。大自然也启发了丝绸实验室（Silklab）率先使用丝素蛋白来制造可以在水下工作的强力胶水，可以应用于几乎任何表面的可打印传感器，可以延长农产品保质期的可食用涂层，可以显著提高太阳能电池效率的光收集材料，以及更可持续的微芯片制造方法。

工程突破和偶然发现

然而，尽管他们在丝基材料方面取得了重大进展，但研究人员还没有复制蜘蛛的掌握能力，蜘蛛可以控制它们所纺的线的刚度、弹性和粘合性能。

这一突破纯属偶然。塔夫茨大学研究助理教授马可·洛·普雷斯蒂说：“我当时正在做一个项目，用丝素蛋白制作非常强的粘合剂，当我用丙酮清洗玻璃器皿时，我注意到玻璃底部形成了一种网状物质。”

这个偶然的发现克服了复制蜘蛛线的几个工程挑战。丝素溶液在暴露于乙醇或丙酮等有机溶剂时，可以在数小时内缓慢形成半固体水凝胶，但用于制造粘合剂的多巴胺的存在，使得凝固过程几乎立即发生。当有机溶剂洗涤快速混合时，丝绸溶液迅速产生具有高拉伸强度和粘性的纤维。多巴胺和它的聚合物使用与藤壶相同的化学物质，形成纤维，牢固地粘在物体表面。

高级丝素纤维

下一步是在空气中旋转纤维。研究人员在丝素溶液中加入多巴胺，通过将水分从丝素中吸走，似乎可以加速从液体到固体的转变。当通过同轴针注射时，一股细细的丝溶液被一层丙酮包围，从而引发凝固。丙酮在空气中蒸发，留下纤维附着在它接触的任何物体上。研究人员用壳聚糖（一种昆虫外骨骼的衍生物）和硼酸盐缓冲液增强了丝素-多巴胺溶液，壳聚糖使纤维的抗拉强度提高了200倍，硼酸盐缓冲液使纤维的粘附性提高了18倍。

演示实际应用

纤维的直径可以从人类头发的直径到大约半毫米不等，这取决于针头的孔径。

该装置可以发射出在各种条件下能够承受超过自身重量80倍的物体的纤维。研究人员从大约12厘米远的地方粘起了一个茧、一个钢螺栓、一个漂浮在水面上的实验室管、一把部分埋在沙子里的手术刀和一块木块，证明了这一点。

超级英雄灵感驱动未来创新

洛·普雷斯蒂指出：“如果你观察大自然，你会发现蜘蛛不能射网。它们通常从腺体中吐出丝，身体接触表面，然后画出线来织网。我们正在演示一种方法，从一个设备上射出一根纤维，然后从远处粘附并捡起一个物体。与其说这项工作是一种生物灵感材料，不如说它是一种超级英雄灵感材料。”

在这项研究中，天然蜘蛛丝的强度仍然是人造纤维的1000倍左右。但再加上一点想象力和工程技术，这项创新将继续得到改进，并为各种技术应用铺平道路。

想象力与科学的交集

“作为科学家和工程师，我们在想象和实践之间游走。这就是所有奇迹发生的地方，”塔夫茨大学弗兰克·c·多布尔（Frank C. Doble）工程学教授、Silklab主任费奥伦佐·奥梅内托（Fiorenzo Omenetto）说。“我们可以从大自然中获得灵感。我们可以从漫画和科幻小说中获得灵感。在这种情况下，我们想对我们的丝绸材料进行逆向工程，使其表现出大自然最初设计的方式，以及漫画作家的想象。”

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