蜘蛛進食石墨烯後,能產生強度相當於防彈背心的蜘蛛絲

(圖:Wiki Commons)

石墨烯是一種由碳原子構成的六角型蜂巢晶格狀化合物,是世界上最堅硬的奈米材料之一。於是科學家想知道,給蜘蛛餵食石墨烯會產生什麼樣的結果。

科學家發明出一種石墨烯的混合材料,當他們用這種材料餵食蜘蛛時,能增強蜘蛛絲的強度。它的強度強韌到足以承受一個成人的重量。《雪梨晨鋒報》(Sydney Morning Herald)報導:這些蜘蛛可能很快就能用於製造更強韌的繩索和電纜,甚至可以製造更安全的降落傘。

強度相當於防彈背心

義大利特倫托大學(University of Trento)的尼古拉·普尼奥教授(Nicola Pugno)帶領的研究團隊,將石墨烯和碳奈米管添加到蜘蛛的飲用水中。這些材料會自然加入蜘蛛絲中,產生的絲比一般的蜘蛛絲強韌五倍。其強度與純碳纖維相當,用於製造防彈背心的克維拉纖維(Kevlar),就是使用碳纖維製成的。

普尼奥教授解釋:「我們已經知道,在昆蟲的蛋白質基質和硬組織中含有生物礦物質,能使它們的下顎、下顎骨和牙齒等部位具有高度的強度和硬度。因此,我們的研究著重在是否能以人工技術,將不同的奈米材料融入蜘蛛絲的生物蛋白結構,來強化蜘蛛絲的強度。」

應用在其他動植物身上

創造如蜘蛛人般的超強韌蜘蛛絲,可能仍是個遙不可及的目標,而這個研究只是一個開始。普尼奥教授的研究團隊還準備研究其他動植物餵食石墨烯的狀況,也許石墨烯會融入動植物的皮膚、外骨骼或骨骼,進而強化牠們的結構。

普尼奥教授補充:「這種增強材料在生物結構材料中自然融合的過程,或許也能應用在其他動植物身上,將能帶來新一代仿生複合材料(Bionicomposite)的創新應用。」

對生態環境的影響

目前的研究顯示,蜘蛛似乎必須食用石墨烯和碳奈米管,才能產生超級蜘蛛絲,這種狀況不是永久持續的。這讓環保人士鬆一口氣,但此研究卻也衍生了另一個議題:當石墨烯和碳奈米管大量釋放到自然界時,會對生態環境造成何種程度的影響。

 

參考資料:

  1. Masterson, Andrew, (August 2017). Scientists have spiders producing enhanced web that can hold a human. The Sydney Morning Herald
  2. Lepore, Emiliano, et al. (August 2017). Spider silk reinforced by graphene or carbon nanotubes. 2D Materials, vol. 4, no. 3, p. 031013., doi:10.1088/2053-1583/aa7cd3.
鄭啟仲
鄭啟仲 83 文章
明日科學編輯,資管碩士,熟悉軟體工程與程式設計,喜歡吸收科普和技術新知。

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