上图为蚕在拉丝。图片来源:谢菲尔德大学
英国谢菲尔德大学学者们对动物如何吐丝的新见解可能会促进更环保的新型合成纤维方法的产生。
在自然通讯的一篇论文中,据谢菲尔德大学材料科学与工程系的研究人员报道:动物吐丝是从自己的身体中拉出而不是挤出来的。他们建议,如果这一过程可以在工业环境中得到复制,便不仅可以改进合成材料的加工方法,还能提供更环保的替代品。
传统的合成纺织品是采用挤压制成的,其中包括将液体原料进行染色,然后将其置于高活性的化学物质和大温差的环境中诱导其凝固。然而,蚕丝可以在室温下凝固成纤维,留下的只是水——从而可以减少对环境的破坏。
该论文的第一作者,谢菲尔德大学天然材料组的博士生导师Jamie Sparkes说:“丝是一种最有前途的绿色生物材料,可以作为尼龙和聚酯型服装的完美替代品,传统的丝绸生产工艺既费力又费时,但如果我们能在工业环境中模仿自然,我们不仅可以改善蚕丝,而且可以改善我们合成材料的加工过程。”
研究人员研究了包括蚕和蜘蛛在内的动物是如何把像丝绸一样的物质从身体里挤出来的。
天然材料集团的负责人Chris Holland说:“我们很容易想象丝绸被挤出了身体,就像在漫画书中看到的那样。对此我们进行测试,通过计算机模型与实验数据和实际测量挤压动物丝腺所需压力相结合,确定了纺出纤维所需要的压力。”
Sparkes说:“我们发现蚕通过挤压(推)产丝的话,意味着它要挤压本身的力比烧柴油发动机产生的压力更大,这是不可能的,因为动物的身体无法承受这种压力。你不能像挤一管牙膏一样轻易挤出丝。”
然而,通过测量从动物身体中拉丝所需要压力,研究人员发现蚕有拉出纤维的能力,他们将这一过程称为拉挤成型。这涉及到一种流变仪,一种通常用来测量液体粘度的仪器,它有一个高度敏感的旋转轮,能够测量旋转所需的力。
Holland解释道:“如果我给你一块口香糖,让你制作一根纤维,你不会把它推过你的牙齿,因为它太僵硬。”你会抓住一个末端并把它拔出来——蚕和蜘蛛就是这样做的。”