現實版蜘蛛俠科技，塔夫茨工程師發明了織網技術裝置

受漫畫書中超級英雄神奇能力的啟發，塔夫茨大學的研究人員利用絲素蛋白開發了一種現實生活中的織網技術。

這種創新材料可以從設備中發射，在半空中凝固，并牢固地附著在物體上，展示了提升比自身重得多的物體的潛力，為各種技術應用鋪平了道路。

塔夫茨大學發明了織網技術

每個讀過漫畫書或看過蜘蛛俠電影的孩子都想知道，從手腕上射出蜘蛛網、翱翔在城市街道上空、捕捉惡棍是什么感覺。塔夫茨大學的研究人員已經將這些幻想變成了現實，他們開發出了第一種織網技術。這種創新的裝置從一根針中射出一種流體材料，這種材料會立即固化成一根能夠附著和提升物體的繩子。

在塔夫茨大學絲綢實驗室，這些粘性纖維是從蠶蛾繭中紡成的。這些蠶繭在溶液中煮沸，將其分解成它們的基本蛋白質，即絲蛋白。然后將絲素溶液通過窄孔針頭擠出，在特定添加劑的幫助下，形成一股氣流，與空氣接觸后凝固成纖維。

大自然的藍圖激發創新

當然，大自然是將絲綢纖維編織成繩、網和繭的原始靈感。蜘蛛、螞蟻、黃蜂、蜜蜂、蝴蝶、飛蛾、甲蟲，甚至蒼蠅在生命周期的某個階段都能產絲。大自然也啟發了絲綢實驗室（Silklab）率先使用絲素蛋白來制造可以在水下工作的強力膠水，可以應用于幾乎任何表面的可打印傳感器，可以延長農產品保質期的可食用涂層，可以顯著提高太陽能電池效率的光收集材料，以及更可持續的微芯片制造方法。

工程突破和偶然發現

然而，盡管他們在絲基材料方面取得了重大進展，但研究人員還沒有復制蜘蛛的掌握能力，蜘蛛可以控制它們所紡的線的剛度、彈性和粘合性能。

這一突破純屬偶然。塔夫茨大學研究助理教授馬可·洛·普雷斯蒂說：“我當時正在做一個項目，用絲素蛋白制作非常強的粘合劑，當我用丙酮清洗玻璃器皿時，我注意到玻璃底部形成了一種網狀物質。”

這個偶然的發現克服了復制蜘蛛線的幾個工程挑戰。絲素溶液在暴露于乙醇或丙酮等有機溶劑時，可以在數小時內緩慢形成半固體水凝膠，但用于制造粘合劑的多巴胺的存在，使得凝固過程幾乎立即發生。當有機溶劑洗滌快速混合時，絲綢溶液迅速產生具有高拉伸強度和粘性的纖維。多巴胺和它的聚合物使用與藤壺相同的化學物質，形成纖維，牢固地粘在物體表面。

高級絲素纖維

下一步是在空氣中旋轉纖維。研究人員在絲素溶液中加入多巴胺，通過將水分從絲素中吸走，似乎可以加速從液體到固體的轉變。當通過同軸針注射時，一股細細的絲溶液被一層丙酮包圍，從而引發凝固。丙酮在空氣中蒸發，留下纖維附著在它接觸的任何物體上。研究人員用殼聚糖（一種昆蟲外骨骼的衍生物）和硼酸鹽緩沖液增強了絲素-多巴胺溶液，殼聚糖使纖維的抗拉強度提高了200倍，硼酸鹽緩沖液使纖維的粘附性提高了18倍。

演示實際應用

纖維的直徑可以從人類頭發的直徑到大約半毫米不等，這取決于針頭的孔徑。

該裝置可以發射出在各種條件下能夠承受超過自身重量80倍的物體的纖維。研究人員從大約12厘米遠的地方粘起了一個繭、一個鋼螺栓、一個漂浮在水面上的實驗室管、一把部分埋在沙子里的手術刀和一塊木塊，證明了這一點。

超級英雄靈感驅動未來創新

洛·普雷斯蒂指出：“如果你觀察大自然，你會發現蜘蛛不能射網。它們通常從腺體中吐出絲，身體接觸表面，然后畫出線來織網。我們正在演示一種方法，從一個設備上射出一根纖維，然后從遠處粘附并撿起一個物體。與其說這項工作是一種生物靈感材料，不如說它是一種超級英雄靈感材料。”

在這項研究中，天然蜘蛛絲的強度仍然是人造纖維的1000倍左右。但再加上一點想象力和工程技術，這項創新將繼續得到改進，并為各種技術應用鋪平道路。

想象力與科學的交集

“作為科學家和工程師，我們在想象和實踐之間游走。這就是所有奇跡發生的地方，”塔夫茨大學弗蘭克·c·多布爾（Frank C. Doble）工程學教授、Silklab主任費奧倫佐·奧梅內托（Fiorenzo Omenetto）說。“我們可以從大自然中獲得靈感。我們可以從漫畫和科幻小說中獲得靈感。在這種情況下，我們想對我們的絲綢材料進行逆向工程，使其表現出大自然最初設計的方式，以及漫畫作家的想象。”