新材料：早期繊維強大接着力と引張強度材料技術を発見

最新号「先進機能材料」誌によると、米タフツ大学のチームは「スパイダーマン」の手首からクモの巣を射出するSFシーンにヒントを得て、クモの糸のようなものを発射できる技術を発明した。

この技術は蚕蛾繭から抽出したフィブロイン蛋白を利用し、煮沸処理を経て基本蛋白質成分に分解した。このフィブロインタンパク質溶液を細孔針を通して押出し、特定の添加剤と混合すると、空気に接触した後に急速に凝固し、強い接着力と引張強度を持つ繊維が形成される。

少し前の実験で、研究チームは意外にもアセトンを使ってガラス容器を洗浄すると、底に網状物質が現れたことを発見した。この偶然の現象は、蜘蛛の糸を複製する過程で遭遇したいくつかの工学的課題を解決するのに役立つ。セリシンタンパク質溶液はエタノールやアセトンなどの有機溶媒に接触すると徐々に半固体ヒドロゲルに硬化するが、ドーパミンを結合剤成分として添加すると硬化過程が非常に速くなる。ドーパミンの作用機序は海洋生物フジツボに用いられる化学反応に類似しており、繊維の各種表面への強固な付着を促進することができる。

繊維性能をさらに最適化するために、チームはドーパミンをフィブロイン溶液に添加し、これは液体の固体への転移過程を加速させるのに役立つ。同軸針注射により、フィラメント溶液はアセトンの層に囲まれ、空中ですぐに凝固を引き起こす。アセトンが蒸発すると、形成された繊維は接触物体にすぐに付着することができる。また、甲状糖（昆虫外骨格由来）を導入し、繊維の引張強度を200倍に高め、ホウ酸塩緩衝剤で粘着性を約18倍に増強した。

最終的に得られた繊維の直径は、使用する針のサイズに応じて、人間の髪の毛の糸よりも半ミリ近くまで幅広い。この装置で発生した繊維は驚くべき荷重能力を示し、自重の80倍を超える物体を持ち上げることもできる。これを検証するため、チームは約12センチの距離から、この繊維を使って繭、鋼ボルト、水面に浮かぶ実験室の試験管、砂の中に一部埋蔵されたメスや木の塊など多くのものを持ち上げることに成功した。