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[转载] 最优蜘蛛丝及其雨后水珠 -- 蜘蛛丝方向性集水效应

已有 938 次阅读 2019-8-7 21:08 |系统分类:图片百科|文章来源:转载

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https://zh.wikipedia.org/wiki/蜘蛛絲, https://en.wikipedia.org/wiki/Spider_silk (lkyms.edu.hk 蘇慶南副校長- 蜘蛛絲的奧秘.pdf)

蜘蛛絲以其強韌的物理性質聞名。蜘蛛絲的強度(單位截面積下的張力)比高品質的鋼還大,且和許多人造之芳香族聚醯胺纖維之強度不相上下,如特威隆纖維或克維拉纤维等。更重要的是,蜘蛛絲的質量極小:能環繞地球一圈長度的蜘蛛絲之質量仍不達500公克。

蜘蛛絲亦具有極佳的延展性,可以延伸其長度至原長度的140%仍不斷裂。蜘蛛絲可以在攝氏零下40度的溫度仍維持高強度。蜘蛛絲的韌性(單位體積下斷裂所需之能量)極大且與當今商業販售之人造芳香族聚醯胺纖維(如芳香性尼龍)相提並論,然而這些人造纖維已經是現代人造聚合纖維科技的標準代名詞了。

另外,蜘蛛丝还可以进行方向性的集水,使水在纳米纤维节点周围不断凝结,然后被输送到周期性的纺锤节上,并被积聚成大水滴。[蜘蛛丝集水效应: https://www.buaa.edu.cn/info/1601/1438.htmhttp://scitech.people.com.cn/GB/10970261.html]

Fig1.jpg

蜘蛛网的构成和蜘蛛丝结构的示意图。左侧是一个蜘蛛网的示意图。红线表示牵引丝、径向丝和边框线,蓝线表示螺旋丝,网的中心称是蜘蛛的“家”。从叫做聚集体的腺体分泌粘稠的物质包裹住螺旋丝,并且还会在螺旋丝上以等间隔排列成一串粘球(浅蓝色)。从梨状腺分泌的附着物质用于连接和固定不同种类的丝线。研究人员推测,在微米级别下,牵引丝和径向丝中由丝蛋白形成的蛋白质的二次结构可能呈现出如图右侧所示那样,β折叠结晶和无定形的螺旋结构交织在一起。大量的螺旋结构对于提供了蜘蛛丝的韧性β折叠结晶则提供了蜘蛛丝的强度。在结构模块显示牵引丝和径向丝主要由MaSp1和MaSp2两种蛋白组成,都具有β折叠结晶。而螺旋丝上则没有β折叠结晶。这也间接说明了为什么牵引丝和径向丝的强度比较大,而螺旋丝的韧性比较强。

Fig2.jpg

蜘蛛絲之結構。在典型的蜘蛛絲中,緊密的結晶β摺疊被鬆散的非結晶次級結構所連結。

蜘蛛絲是由複雜的蛋白質分子所構成,但不易探究其分子結構。簡單來說,蜘蛛絲蛋白結構中具有結晶及非結晶結構,前者可增加蜘蛛絲的物理性強度及硬度,而後者增加蜘蛛絲的延展性



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