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用胶带粘合伤口 科学家模仿蛛丝发明新材料

2019年11月06日 11:33:28来源:仪器网作者:宋池

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  【仪器网 材料化工】自然一直是人类学习的对象,生活中很多常见事物的创造都来自对动植物的学习。小时候老师就教导我们人类向鸟类学习发明了飞机,向海豚学习发明了声呐,向蝙蝠学习发明了雷达。自1960年仿生学作为一门独立学科出现之后,人类对生物的学习步入了新的阶段,仿生材料也开始进入大众的视野。
 
 
  自然界多不胜数的物质中,蛛丝一直吸引着科学家的注意力。天然蛛丝是一种极其优异的材料,具有约为钢铁5倍的高比强度、约为芳纶10倍的弹性以及优越的坚韧性等特点。长期以来,科学家对蛛丝的仿生学研究一直局限于结构上,试图制造出可大量生产的具有与天然蛛丝相似结构与功能的人工材料。但是近来自麻省理工的工程师们却带来了新的研究方向与研究成果。
 
  据外媒报道,研究团队从蛛丝上的黏性物质出发,设计了一种可以将身体组织快速粘合在一起的材料,可用于手术后伤口的缝合。蛛丝的黏性来自于蜘蛛分泌的含有带点多糖的黏性物质,这种物质可以迅速从生物体表面吸收水分从而加强黏性效果。根据这种原理,研究人员利用聚丙烯酸吸收身体组织的水分,制作出模仿蜘蛛丝的“胶带”,这种胶带将在短时间内轻松密封普通缝合方式难度很大的软组织以及肺和气管等脆弱组织。
 
  仿生材料的研发与普通的材料研发相同,都要经过多个流程,都需要多种仪器的协助。不同的是仿生材料研发首先要对模仿的生物材料进行观察分析。以此次的“胶带”为例,想要制造与蛛丝具有相似黏性的材料,首先要研究蛛丝黏性的来源以及产生黏性的原理,然后才能根据发现的原理寻找功能相似的替代材料。现代的分析检测技术已经比较成熟,很多分析仪器都可以在研究蛛丝粘性的过程种发挥作用,例如扫描探针显微镜可以对蛛丝进行原子级与纳米级的原位观察、X射线荧光分析仪可以分析蛛丝的化学组成、傅里叶变换红外分光光度计和紫外可见分光光度计光谱仪器也可以分析蛛丝的成分,此外还有色谱与质谱仪器。先进的仪器可以帮助研究人员收集生物材料的信息以便进行下一步模仿。
 
  材料开发完成后同样需要仪器对新材料的性能进行检测评估,例如通过粒度分布测量仪与比表面积/细孔分布测量仪等仪器评估材料的物理特性,通过电磁力微小试验机、微小硬度计、精密试验机等仪器评估材料的机械性能,通过热分析仪等仪器评估材料的热特性……试验通过之后往往还需要大量长期的实用反馈。
 
  蛛丝胶带目前还未进入实用阶段,研究人员表示他们需要进行更多的动物测试,他们也希望在试验中能为这种新的粘合材料找到更多的应用领域。人们已经成功研发出了鲨鱼皮泳衣、荷叶超疏水织物等仿生材料,相信蛛丝胶带的实际应用不会太远。
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