模擬沙蠶結(jié)構(gòu)可研制新型超強(qiáng)度航空材料
2008-07-25 來(lái)源：中國(guó)聚合物網(wǎng)
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據(jù)英國(guó)新科學(xué)家雜志報(bào)道，沙蠶是一種非常丑陋的動(dòng)物，它可能不會(huì)得到任何關(guān)于美貌外觀的獎(jiǎng)勵(lì)。但是它卻是一種奇特的蟲子，其超強(qiáng)口腔器官將是研制適合飛機(jī)和太空飛船的新型超強(qiáng)、超輕關(guān)鍵性材料。
生活在大西洋北部的沙蠶使用其下顎和鉗螯挖掘淺海水沉淀物，它們的下顎90%成份是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，這種蛋白質(zhì)材料本來(lái)的硬度不及人體手指甲，但是沙蠶下顎和鉗螯中的蛋白質(zhì)卻得到了金屬物質(zhì)的增強(qiáng)，其硬度是當(dāng)前人工制造的聚合體3倍。
分子生物學(xué)家克里斯·布魯梅爾在美國(guó)加州州立大學(xué)圣芭芭拉分校攻讀研究生時(shí)發(fā)現(xiàn)了沙蠶鉗螯的奇特性質(zhì)。他和同事們發(fā)現(xiàn)鉗螯中的蛋白質(zhì)包括著高含量組織氨基酸，少量的金屬鋅在該材料中充當(dāng)著膠合劑，從鄰近蛋白質(zhì)粘合組織氨基酸微粒分子，這種在蛋白質(zhì)之間的聯(lián)接形成一種橫拉式矩陣，該結(jié)構(gòu)看上去使沙蠶的下顎更加強(qiáng)壯有力。布魯梅爾認(rèn)為，通過(guò)復(fù)制沙蠶的這種特殊結(jié)構(gòu)，可以使人造材料進(jìn)一步得到加強(qiáng)。
布魯梅爾告訴《新科學(xué)家》雜志說(shuō)，“改變控制該材料的濃度的金屬數(shù)量，你可以通過(guò)增減金屬數(shù)量控制其性質(zhì)變化。這意味著我們可以基于廉價(jià)和易于實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)控制材料的屬性，但并不會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)品。”從理論上講，沙蠶的下顎結(jié)構(gòu)材料可以通過(guò)裝載凝結(jié)金屬離子的有機(jī)分子聚合物進(jìn)行模擬，這將形成類似強(qiáng)度性質(zhì)的聚合物。
美國(guó)密歇根州立大學(xué)安東尼·瓦斯從事多年的納米粒子加固聚合物研究，他指出模擬沙蠶下顎結(jié)構(gòu)將是一種最新的材料加固方法。但同時(shí)他強(qiáng)調(diào)稱，由于我們并不足夠清楚沙蠶下顎的這種材料性質(zhì)，對(duì)于其應(yīng)用前景尚不能評(píng)估過(guò)早。
迄今為止，布魯梅爾和同事們僅能夠測(cè)量出沙蠶下顎的硬度，通過(guò)對(duì)壓縮力量的抵抗性進(jìn)行判斷。他們?nèi)圆恢肋@種材料經(jīng)牙齒力量咬嚼，多大的程度下將損害或變形。令研究人員麻煩的是，像尖牙般的鉗螯僅有幾毫米長(zhǎng)，該幾何學(xué)結(jié)構(gòu)并不便于接受測(cè)量。布魯梅爾說(shuō)，“我們對(duì)于這項(xiàng)研究數(shù)據(jù)非常感興趣，但是其具體的應(yīng)用仍有一定的差距！
該研究小組目前希望建立一種人造合成類型牙齒，用于測(cè)試其他的性質(zhì)，并清晰地掌握該材料潛在的應(yīng)用范圍。布魯梅爾稱，這種材料也可能呈現(xiàn)出一些自愈合性質(zhì)，雖然該特征未被直接觀測(cè)，但是類似于沙蠶下顎結(jié)構(gòu)橫向連接的其他生物學(xué)材料在被撕裂后會(huì)很快愈合，就像蚌類一樣。
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