利用蛛絲這種特性，變身「蜘蛛俠」不是夢？

從斑絡新婦蜘蛛體內擠出蛛絲。

研究人員對斑絡新婦蜘蛛進行實驗室研究。

用蛛絲製成的扭擺。

就其質量而言，蜘蛛絲可能是最堅韌的材料之一。除卻堅韌的特性，蜘蛛絲可能還蘊藏有其他非同尋常的性質，可能用於新型人造肌肉或機器人驅動器的製造。《科學進展》雜誌近日報道，美國麻省理工學院（MIT）土木與環境工程系主任Markus Buehler和中國華中科技大學（Huazhong University of Science and Technology）副教授Dabiao Liu等發現，蛛絲這種彈性纖維具有超縮-扭轉特性。它對濕度變化非常敏感，當空氣中相對濕度的變化達到一定水平時，它不僅會突然收縮，還會扭曲，產生巨大的扭轉力。Buehler說：「我們在蛛絲中有了新發現。」Liu補充說：「蛛絲的新特性源於我們的偶然發現。我和同事們嘗試研究濕度對蜘蛛絲的影響。為了達到這個目的，我們在蛛絲上繫上了一個重物，製造了一個『鐘擺』，並將其密閉在一個可以控制相對濕度的反應室中。當濕度增加時，我們發現鐘擺竟然開始旋轉了。這非常出乎我們的意料。」Liu等還測試了其他一些材料（如人類頭髮），但並未發現類似的扭曲運動。Liu說，他馬上意識到，這或許可以用於人造肌肉。Buehler說：「這對機器人技術來講非常有趣。利用濕度來控制感測器是一種新思路，這是一種非常精確的控制方式。」

蜘蛛絲因其出色的強度-質量比和柔韌性而舉世聞名。很多研究人員都在努力在人造蛛絲中複製這些特性。然而，從蜘蛛的角度講，蛛絲產生的扭轉力的目的尚不清楚。研究人員認為蛛絲的超縮可能是為了應對晨露，維持蛛網穩定性、保護蜘蛛免受傷害以及最大化獵物的振動響應。Buehler說：「我們還沒有發現任何關於扭轉運動的生物學意義。」通過結合室內實驗結果和計算機分子模型，Buehler等已經能夠確定扭轉機制的工作原理了——它是基於脯氨酸的蛋白質構建塊的摺疊。MIT前博士後研究人員 Anna Tarakanova和本科生Claire Hsu對扭轉機制的詳細分子模型進行了研究。Hsu說： 「我們發現扭轉力的源泉是脯氨酸。」Liu解釋說：「蜘蛛絲是一種蛋白質纖維，它主要由MaSp1和MaSp2兩種蛋白質組成。脯氨酸存在於MaSp2中，當水分子與它相互作用時，氫鍵會被一種不對稱方式所破壞，從而導致扭轉。蛛絲的扭轉只朝一個方向進行，觸發閾值大約為70%相對濕度。」

Buehler 介紹道，這種蛋白質固有旋轉對稱性產生的扭轉力，可以用於全新材料的設計。如果能在人工合成材料中進行複製，可能催生諸如精確濕度感測器等應用。Tarakanova認為，蛛絲在濕度變化條件下表現出的超縮-扭轉傾向，可以用於設計靈敏的蛛絲基材料、智能紡織品和綠色能源發動機等，這種材料的性能可以在納米尺度上進行控制。

編譯：雷鑫宇

審稿：阿淼

責編：南熙

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