受蜘蛛侠启发，科学家成功复刻“蛛网发射”技术

塔夫茨大学的研究团队受蜘蛛侠启发，开发出一种能够从液态瞬间转变为固态丝线的创新材料。这种由蚕丝蛋白和多巴胺制成的混合溶液，通过特殊针头喷射后与乙酮接触，可在空中迅速固化成纤维。该纤维不仅能粘附在物体上，还能提起远超自身重量的物品。尽管其强度尚不及天然蜘蛛丝，但这项技术首次实现了可控的远距离发射、空中固化和粘附功能，为未来在多个领域的应用开辟了道路。

模仿蜘蛛丝的挑战

研究的起点并非蜘蛛丝，而是从蚕茧中提取的丝素蛋白。科学家可以将这种蛋白质溶液通过细针挤压成丝线，但面临一个核心难题：

• 固化速度太慢： 在接触到乙酮等溶剂后，这种人造丝线需要数小时才能慢慢变成半固态的水凝胶。
• 与自然的差距： 真正的蜘蛛丝在离开腺体时几乎是 瞬间硬化 的，这赋予了蜘蛛极高的控制精度，而这正是工程师们长期以来难以复制的。

一次意外的突破

转机来自一次偶然的发现。研究人员在用乙酮清洗实验玻璃器皿时，注意到一种网状物质正在形成。他们很快意识到，之前用于增强粘合剂的 多巴胺 起到了关键作用。

多巴胺能够显著加速固化过程，因为它能将水分子从丝素蛋白中“拉走”。这样一来，当含有多巴胺的丝素蛋白溶液遇到乙酮时，不再需要数小时，而是在 几秒钟内 就能迅速凝固成纤维。

“蛛网发射器”的工作原理

基于这一发现，团队设计了一套同轴针头系统，成功复刻了“蛛网发射”的效果：

• 核心通道： 内部流动的是 蚕丝蛋白与多巴胺 的混合溶液。
• 外层通道： 包裹着一层 乙酮 溶剂。
• 发射与固化： 当溶液从喷嘴射出时，外层的乙酮立刻触发其快速固化。
• 空中成型： 乙酮在空中迅速蒸发，形成的固态纤维得以在接触物体时直接粘附。

最终产生的丝线可以在空中发射，接触时粘住物体，并能承受惊人的重量。

性能的显著提升

为了进一步优化材料性能，团队在混合溶液中加入了增强剂：

• 提升强度： 混合源自昆虫外骨骼的 壳聚糖 后，纤维的抗拉强度最高提升了 200 倍。
• 增强粘性： 添加 硼酸盐缓冲液 使纤维的粘附性增强了约 18 倍。

在测试中，这些纤维成功地从大约 12 厘米外拾取了蚕茧、钢螺栓甚至半埋在沙子里的手术刀。在不同条件下，它们能吊起超过自身重量 80 倍的物体。

“蜘蛛无法发射它们的蛛网……我们展示的是一种从设备中发射纤维，然后粘附并从远处拾取物体的方法。与其说这是一项受生物启发的材料，不如说它是一项受超级英雄启发的材料。”

未来：从科幻到现实

研究人员承认，目前人造纤维的强度仅为天然蜘蛛丝的千分之一左右。然而，这项工作的真正价值在于开创了一种实现 可控发射、瞬间固化和强大粘附力 的全新方法。

这项技术将科学灵感从大自然延伸到了漫画和科幻作品中。随着进一步的创新，它有望发展得更加强大，并在众多技术领域找到实际应用。