研究人员已经创造了一种新的凯夫拉尔替代材料-灵感来自帽贝

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大自然总是给我们惊喜,给我们呈现了一些令人惊讶的生物。同样,科学家们在2015年对一种被称为“帽贝”的水生蜗牛有了令人惊叹的发现。他们说帽贝具有“所有生物材料中最强的抗拉强度”。帽贝是宇宙中最神奇的生物之一,它们通过在粗糙的表面上摩擦牙齿来收集藻类作为营养。因此,受到帽贝这些特征的启发,一组研究人员现在在实验室设计了一种具有重要影响力的复合生物材料。此外,对于凯夫拉尔等其他高性能材料来说,这也是一种可行的做法。

因此,受其抗拉强度的影响,朴茨茅斯大学的研究人员于2015年开始探索帽贝的牙齿材料。这项研究是在微观水平上进行的,发现这种宽宏大量的生物的牙齿材料中含有高达3至6.5 GPa(吉帕斯卡)的抗拉强度。当与蜘蛛丝和钢铁相比时,结果在意料之中,因为数量无法超过这种强度。蜘蛛丝的抗拉强度约为1.3 GPa,而钢的抗拉强度约为1.65 GPa。

潜在的原因是如此巨大的容量帽贝牙齿的抗拉强度是由于“甲壳素纤维”的存在以及铁针铁矿的细晶体。看到这一点,该团队在他们的实验室中使用相同的材料组成阐明了这一过程。帽贝牙齿的这个部分被称为“齿齿”。然后,科学家们将齿突细胞、组织样本和几丁质与静电纺丝工艺结合起来,最终产生了大约半厘米宽的帽贝牙齿“带状”。

Robin Rumney博士是这项研究的主要作者,他说:“我花了六个月的时间来建立这个过程。我经历了我所能想到的每一种排列,以确定细胞可能需要什么以及它们如何生长。它与细菌或癌细胞的生长有很大的不同,细菌或癌细胞通常在实验室环境中生长,所以我们必须从头开始研究什么是有效的。”

他进一步说:“我们的下一步是找到其他方法来形成铁,所以我们正在研究帽贝细胞的分泌物,以更好地理解这一点。如果效果很好,我们已经有了器官的基因读数,所以我们可以把感兴趣的基因提取出来,希望把它们放入细菌或酵母中,大规模生长。我们现在在海洋中面临着塑料危机,我认为这是一个很好的对称,我们可以从海洋生物那里学习如何更好地保护它们,用生物替代品代替塑料。”

开发的材料也能很好地对抗凯夫拉尔等合成材料,并可以证明是这类材料的替代品。因此,关于这一点,Rumney博士解释说:“像凯夫拉尔这样的全合成复合材料被广泛使用,但制造过程可能是有毒的,而且材料回收困难且昂贵。在这里,我们有一种在来源和制造方面可能更具可持续性的材料,并且在其生命结束时可以被生物降解。”

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