陳根：純素蜘蛛絲，帶來材料新體驗

文

/

陳根

在過去的半個世紀裡，蜘蛛絲一直是人們感興趣的長期研究課題之一，因為它有著類似鋼鐵和凱夫拉爾纖維的顯著的力學效能，前者強且硬但是材料過重，後者強而軟但是可拉伸性欠缺。

按照常理，拉昇強度

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點於一身，強、軟、輕且可拉伸，

也因此成為

高效能應用的理想材料，

比如，

能量吸收、宇航服、防彈應用等。

現在，

英國劍橋大學的研究人員

就

模仿蜘蛛絲的特性，創造了一種基於植物的、可持續的、可伸縮的聚合物薄膜。

這種新材料與當今使用的許多普通塑膠一樣堅固，可以取代許多普通家用產品中的一次性塑膠。同時，該材料無須工業堆肥裝置就可在大多數自然環境安全降解，也可實現工業化大規模生產。

領導這項研究的劍橋大學優素福

·

哈米德化學系的圖瑪斯

·

諾爾斯教授表示，

蜘蛛絲這樣的材料之所以如此堅固的關鍵原因之一是氫鍵在空間中規則地排列，而且密度非常高。

基於此，研究人員

開始研究如何在其他蛋白質中複製這種有規律的自組裝。

其中，

蛋白質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，作為食品工業的副產品它們很容易獲得。這是一種可持續的資源。

然而，

人們

卻

對植物蛋白的自組裝知之甚少

。

在這項研究中，研究人員使用大豆分離蛋白（

SPI

）作為測試植物蛋白，因為作為豆油生產的副產品，

SPI

很容易獲得。

但是

，像

SPI

這樣的植物蛋白很難溶於水，因此也很難控制它們自組裝成有序的結構。

為此，研究人員使用了環境友好的乙酸和水的混合物，並結合超聲波和高溫，提高了SPI的溶解度

。這種方法產生了由氫鍵形成引導的具有增強的分子間相互作用的蛋白質結構。在第二步中，溶劑被去除，從而形成不溶於水的薄膜。

因此，透過使用SPI，研究團隊成功在沒有蜘蛛的情況下，複製了類似蜘蛛絲的結構，即所謂的“純素蜘蛛絲”，並且具有與低密度聚乙烯等高效能工程塑膠相當的效能。