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改变湿度使蜘蛛丝扭曲

07 Mar 2019 丽贝卡坊 
Nephila pilipes蜘蛛在网上
在网上的Nephila pilipes蜘蛛。信用:刘等人。,sci。 adv。 2019年; 5:eaau9183

据科学家称,蜘蛛龙丝表现出独特的自动驱动,仅通过调整相对湿度来控制。来自中国的团队,英国和美国表明,高湿度可以带来丝绸纤维的巨大扭曲变形。这为其潜在用途作为旋转执行器开辟了广泛的可能性。对人工肌肉等应用也特别有趣。

蜘蛛龙丝比几乎所有合成纤维,也具有高弹性,导热性和有趣的扭转行为。此外,它对水敏感,表现出超级附加的现象,其中水破坏氢键对于其结构,增加分子迁移率并允许结构重排。这导致龙丝的激进萎缩和肿胀。然而,到目前为止,我对水如何影响其扭转行为的知名众所周知。

出版于 科学推进,集团领导 dabiao liu 在华中科技大学和 Markus Buehler在麻省理工学院 已经发现了令人印象深刻的湿度诱导的拖线丝的变形。通过采取措施在分子水平处了解这一点,它们钉在了材料的结构特征与其独特的湿度驱动扭转行为之间的连接。

精确控制

该组表明,湿度的逐步变化引起丝绸立即扭曲在一定阈值上方,这仅略微不同于蜘蛛种类。虽然人的头发或Kevlar纤维勉强扭动扭曲的扭曲痕迹,但Dragline Silk的扭转反应令人印象深刻:一旦湿度达到约70%,这可能会产生巨大的扭曲丝绸。这比基于形状记忆合金或导电聚合物的致动器大的倍数大。丝绸显示旋转与或甚至大于 人造的“muscles”由碳纳米管组成 和电力供电。

该团队表明,Dragline Silks也响应湿度的循环变化,通过重复将相对湿度从40%重复,恢复到40%。当湿度低于阈值水平时,丝绸保持静止,但达到阈值立即引发扭曲行为。由此,本集团展示了响应的灵敏度,突出了使用湿度作为扭曲变形的精确控制的可能性。

分子水平扭曲

要了解对这种扭转行为和潜在机制负责的结构变化,该团队使用了丝绸中发现的两种主要蛋白质的分子模拟。他们表明,扭转行为可以归因于一种特异性氨基酸,脯氨酸在其中一种蛋白中的患病率。该氨基酸可以迫使分子成扭曲图案,以及通过在分子中破坏氢键来产生扭转性质。本集团表明湿度可以诱导这种脯氨酸捻度,然后转动拖拉线丝,作用为扭转致动器。

通过在没有任何机械输入的情况下产生这种巨大的变形,这种由湿度驱动的这种自动致动可以导致诸如水上肌肌的令人兴奋的应用。它甚至开辟了湿度驱动的软机器人或智能纺织品的可能性。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者