仿蜘蛛丝纤维

新型纤维材料——蜘蛛丝蜘蛛是地球上最古老的物种之一，是自然界的神奇动物，经历了几百万年漫长的进化，蜘蛛已能够适应地球上几乎所有环境而生存下来，其最大的臂助正是本身独特的纺丝能力和令人惊讶的蛛丝性能。

蜘蛛是自然界产丝和用丝的“专家”，它们一生都离不开丝。

蜘蛛生产性能最优异的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以捕获猎物，赖以生存，繁衍后代。

蜘蛛，属节肢动物门蛛形纲蛛形目，种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种，按吐出丝种类的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。

科学家们早就注意到蜘蛛丝非同一般的性能并将它利用了起来。

早在1709年就出现了人类利用蜘蛛丝的记载，而且在第二次世界大战时，蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮的瞄准系统等光学装置的十字准线。

进入20世纪80年代,蜘蛛丝，尤其是牵引丝，以高强度、高弹性、高断裂功、低密度、良好的耐温及耐紫外线性能、良好的生物相容性等优异性能引起了各国材料、生物和化学等众多领域研究人员的极大兴趣。

科技的进步，亦使得破解蜘蛛丝的生物奥秘成为了可能。

1996年，美国Science杂志连载3篇文章，揭示了蜘蛛丝性质与结构的关系以及蜘蛛丝的奥秘，近几年，又连续发表了10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。

美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后对蜘蛛丝做了深入的研究,在利用基因和蛋白质测定技术解开蜘蛛丝奥妙的同时,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。

蜘蛛丝的结构性能与用途蜘蛛丝能大量吸收动能，同时具有高弹性形变，究其原因，在于其奇妙的分子结构。

蜘蛛丝的化学本质为蛋白质，蛛丝蛋白的复杂氨基酸序列和空间结构赋予了外显的性能。

蜘蛛丝中分子排列是一种介于晶区与非晶区的中间相的存在。

结晶区主要为聚丙氨酸链段，构象为β-折叠链，分子链或链段沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，栅片间距离是变化的，在0.93～1.57nm之间。

非结晶区由甘氨酸、丙氨酸以外的大侧基氨基酸组成，分子多呈α-螺旋状结构。

天然蜘蛛丝仿生材料摘要采用仿生学原理, 设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域. 天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维, 具有高比强度( 约为钢铁的5 倍) 、优异弹性( 约为芳纶的10 倍) 和坚韧性( 断裂能为所有纤维中最高) ,为自然界产生最好的结构和功能材料之一, 它在航空航天、军事、建筑及医学等领域表现出广阔应用前景. 受自然界蜘蛛丝启发, 天然蜘蛛丝仿生材料的研究迎来了机遇, 同时也给人们展示了许多新颖的仿生设计方法. 本文从不同仿生学角度综述了天然蜘蛛丝仿生材料的发展, 并提出了一些看法和思考。

1．天然蜘蛛丝结构、功能及应用天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料 , 属于一种生物弹性体纤维 , 它是自然界产生最好的结构和功能材料之一 . 表 1 列出了天然蜘蛛丝和其它几种典型材料的力学性能 , 通过比较可以发现 , 天然蜘蛛丝优良的综合性能 , 特别是其高比强度 ( 约为钢铁的 5 倍 ) 、优异弹性 ( 约为芳纶的 10 倍 ) 和坚韧性 ( 断裂能 180MJ /m3 为各材料中最高) 是其它天然纤维与合成纤维所无法比拟的。

此外 , 天然蜘蛛丝还显示出特别的扭转形状记忆效应 , 当它被扭转到其它准平衡位置时 , 由于高阻尼效应 , 它几乎不振荡 , 并且不需要任何额外的刺激就能以指数方式完全恢复到其初始的状态 , 从而有效防止悬挂在空中的蜘蛛转动摇摆正是由于天然蜘蛛丝具有质轻、超坚韧性、突出形状记忆效应及生物相容性好等特性 , 因此 , 它在航空航天 ( 如飞机和人造卫星的结构材料、复合材料 ,宇航服装 ) 、军事 ( 如坦克装甲、防弹衣、降落伞 ) 、建筑 ( 如桥梁和高层建筑的结构材料 ) 、医学 ( 如人造关节、肌腱、韧带 ) 等领域表现出广阔的应用前景 . 其实 , 早在 l709 年就出现了人类利用天然蜘蛛丝的记载 , 而且在第二次世界大战时 , 天然蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮瞄准系统等光学装置的十字准线 . 天然蜘蛛丝已吸引了世界各国科学家的巨大兴趣和广泛关注。

科学家发明“超级纤维”媲美蛛丝
佚名
【期刊名称】《非织造布》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】蜘蛛丝的韧性超过现有所有合成纤维，素有“生物钢”的美誉，是新型材料的理想选择。

能否采用来源广泛的蚕丝蛋白织出可媲美蛛丝的“超级纤维”，成为全球研究界探索的方向，而复旦高分子科学系和先进材料实验室的生物大分子课题组就走在最前列。

他们不仅证明了蚕丝蛋白不输于蛛丝蛋白的力学结构性能，更通过完善再生蚕丝制备工艺，织出了力学性能高出天然蚕丝一倍的人工丝。

这一“动物丝仿生制备中的关键问题”项目研究昨天获自然科学奖一等奖。

【总页数】1页(P40-40)
【正文语种】中文
【中图分类】TS102.528
【相关文献】
1.蜘蛛丝与人造纤维的发明 [J], 平占斌
2.科学家开发出“超级木材”可媲美钢材 [J], ;
3.Aalto大学/VTT:可与塑料相媲美的纤维素与蛛丝混合材料 [J], 谭宇豪
4.科学家开发出超级木头可与钢材媲美 [J],
5.美科学家让转基因蚕吐出蛛丝纤维 [J],
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超级防弹衣材料有了，我国研制成功超强韧人造蜘蛛丝
在自然界里，蜘蛛丝是一种神奇的材料，它不仅强度高而且韧性好，碰到猎物可以拉长数倍而不断裂，而且还能回弹到原来的长度。

因此有很多科学家梦想利用这一材料用来做防弹衣，可以刀枪不入。

如今这一梦想已经变为现实。

近日，我国科学家研制成功了超强韧人造蜘蛛丝。

南开大学刘遵峰教授团队在国际学术期刊《自然·通讯》杂志上发表论文，介绍了这一科研成果。

研制成功的人造蜘蛛丝抗拉强度高达895MPa，其抗拉强度已经达到高强度结构钢的水平，与天然蜘蛛丝相当。

还具有370 MJ m−3的高韧性和超高阻尼能力。

不但强度高，而且回弹慢，可以重复伸缩，迅速吸收冲击能量。

这种具备超强韧性能的人造蜘蛛丝具备巨大的军事应用潜力，可
以用作防弹材料，广泛应用于人体和装甲防护领域。

还可以用来做伞兵的降落伞伞绳、直升机机降绳、机降悬梯、攀登滑降绳等等。

民用领域也可以用来做登山绳、高层建筑逃生绳等等。

之前也有很多科学家也尝试过研制人造蜘蛛丝，已经通过蛋白纤维、超分子水凝胶纤维、碳纳米管复合纤维等各种方式成功地复制或是部分复制蜘蛛丝的机械性能。

但是其主要的技术路线都是基于蛋白质的，无法规模化生产。

此次刘遵峰团队另辟蹊径，采用聚丙烯酸和二氧化硅纳米颗粒交联制出有层级结构的水凝胶纤维，并通过掺杂二价离子和加捻来增强其强度，最后通过控制纤维芯和纤维鞘部分的水分蒸发速率完成材料的自组装。

这一技术路径不是基于蛋白质工程的，完全是化工合成，具备了大规模工业化生产的潜力。

有材有料丨受天然蜘蛛丝启发：这种纤维可以凭空取水，能力超强！“有材有料”棉纺织技术新传媒纺织新材料专栏专栏简介：《棉纺织技术》期刊社立足纺织，围绕“技术”“信息”两个关键词，将发挥信息服务机构优势，围绕国家重大战略和行业需求，利用新媒体平台开辟纺织“有材有料”专栏，内容涉及新材料先进技术介绍、市场行情动态、领军人物要闻、前沿发展趋势等，增进行业对纺织新材料的了解，解决企业新材料应用方面的技术难关与困扰，助力纺织产业的绿色高质量发展。

可集水的仿蛛丝纤维淡水资源的短缺已成为制约全球社会和经济发展的主要因素。

据统计，海水资源占到了地球上所有水资源的96.54%，淡水资源仅占2.53%，而且只有0.36%的淡水资源能够被人类直接利用，如何获取更多的可利用淡水资源，是一个亟待解决的问题。

此前，国际化学领域期刊《材料化学学报》A刊报道了西南交通大学孟涛教授团队的研究成果——利用具有中空连续通道的仿蜘蛛丝微纤维进行高效集水，团队通过在仿蛛丝纤维内部构建中空结构，让纤维的集水性得到显著提升，研究发现，该仿生微纤维悬挂液滴体积是纺锤节体积的1663倍，集水能力数值远超出已有文献报道的数值。

丨来自蜘蛛丝纤维结构的启示目前，由于水污染和淡水资源缺乏等问题，水资源危机越来越受到广泛关注。

由于海水淡化和废水处理技术的适用性、简便性和成本效益等问题，使得一些地方无法使用这些技术获取淡水资源。

这些年，各领域的科学家们试图从大自然中获取灵感，研究仿生集水技术。

自然界中，大多数生物都拥有应对恶劣环境的独特本领，经过长期的自然选择，一些生物已经能够从雾气中获得水分供自身生存，这为淡水收集系统中功能仿生材料的设计和制造提供了灵感。

迄今为止，研究者们已经利用纳米布沙漠甲虫的集水机理、仙人掌的集水机理以及蜘蛛丝的表面集雾机理等，开发出了大量相应的仿生集水材料。

雨后的清晨或者潮湿的角落，人们常常可以发现蜘蛛网上悬挂着大量晶莹的液滴。

研究发现，实际上，蜘蛛丝有强大的集水功能，而其集水能力归因于一种独特的纤维结构，该结构由周期性纺锤节和关节构成，其中纺锤节由随机杂乱的纳米纤维组成，关节则由排列整齐的纳米纤维组成。

四年级仿生学的例子大全
四年级仿生学的例子有很多，以下是一些常见的例子：
1. 蝙蝠与雷达：蝙蝠在夜间飞行时，会发出超声波并依靠回声定位来探测障碍物和猎物。

科学家们模仿蝙蝠的这种能力，发明了雷达。

2. 鲨鱼与泳衣：鲨鱼的身体表面有特殊的鳞片，可以减少水流阻力，使它们在游动时更加迅速和省力。

科学家们模仿鲨鱼的这种特点，发明了适合运动员穿着的泳衣。

3. 蜘蛛与纤维：蜘蛛丝是一种非常坚韧的物质，可以用于制造各种材料。

科学家们模仿蜘蛛丝的成分和结构，发明了人造纤维，如蜘蛛丝蛋白纤维。

4. 鸟类与飞机：飞机是在鸟类的飞行原理上发展而来的。

飞机的机翼设计、气动布局等都受到了鸟类飞行的启发。

5. 鱼类与船只：船只的设计也受到了鱼类身体的启发。

例如，潜水艇的外形和鱼类的身体相似，可以减少水流阻力，提高航行速度。

这些只是一些仿生学的例子，实际上自然界中还有很多生物可以为我们提供灵感。