(圖:Eeva Suorlahti)

材料的強度與拉伸性是一體兩面的,因此在提升強度的同時保持材料的拉伸性,一直是材料工程中相當艱難的挑戰。芬蘭阿爾托大學(Aalto University)與芬蘭 VTT 技術研究中心的共同研究團隊,成功藉由大自然的啟發開發出滿足兩種條件的新材料。

木纖維與蜘蛛絲

研究團隊開發的新材料是由木纖維與蜘蛛絲中的絲蛋白結合而成。這種複合材料相當堅韌同時保有彈性,有望在未來取代塑膠材料的使用,甚至應用於醫療、外科纖維與紡織業。

阿爾托大學的馬庫斯·林德教授(Markus Linder)表示,大自然為開發新材料提供相當多元的成份,如此這應用到的堅硬纖維與具彈性的蜘蛛絲。與一般的合成塑膠不同,使用此種材料的好處是生物可降解。因此不會像塑膠微粒一樣破壞自然環境。

至於開發方式, VTT 的佩茲曼·穆罕默德博士(Pezhman Mohammadi)表示:「我們使用了樺木,將其分解為奈米纖維素後重新排列成一個剛硬的骨架。同時,我們將柔軟且可耗散能量的蜘蛛絲黏合基質滲透入此纖維素骨架中。」

DNA

此研究中使用的蜘蛛絲蛋白不是直接從蜘蛛取得,而是藉由合成 DNA 植入細菌中生產出來的。林德教授表示:「因為我們知道其 DNA 的結構,所以可以複製並以此來製造出與蜘蛛網中的絲蛋白化學性質相似的分子。畢竟 DNA 中含有所有該蛋白質的相關資訊。」

未來發展

此研究成果對於使用自然界的原料來開發性質更佳且具生物可降解性的新材料上,具有一定程度的啟發性。穆罕默德博士表示:「我們的研究展示出一種新型蛋白質工程可能性。在未來,也許我們可以製造出結構稍微不同的複合材料,並在其他應用層面上實現完全不同的性質。而目前我們也正在嘗試開發新的複合材料,如植入物、耐衝擊材料等其他產品。」

參考資料:

  1. A combination of wood fibres and spider silk could rival plastic. (2019, September 16). Aalto
  2. Mohammadi, P., Aranko, A. S., Landowski, C. P., Ikkala, O., Wagermaier, W., & Linder, M. (2019). Biomimetic Composites with Enhanced Toughening Using Silk Inspired Triblock Proteins and Aligned Nanocellulose Reinforcements. doi: 10.26434/chemrxiv.8108105
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