生物工学者がクモの巣を開発

進歩により、エネルギー効率が高く、低コストのスマートテキスタイルが実現する可能性がある

ジュン・チェン/UCLA

蜘蛛の巣をヒントにした導電性繊維の製造プロセスを示す図

2023 年 5 月 31 日

UCLA主導の多機関生物工学チームは、クモが糸を紡ぐ方法を模倣した新しいプロセスを使用して、室温および大気圧で柔らかく導電性の繊維を製造する簡単なプロセスを開発した。

発表された研究ではNature Electronics のカバーストーリーとして 、研究者らは、伸縮性と耐久性のある生地で作られたセンシンググローブとスマートフェイスマスクを使用して技術を実証しました。 手袋はユーザーが「じゃんけん」コンピューター ゲームをプレイするために温度と手の動きを感知でき、マスクは個人の呼吸パターンを監視できます。

導電性繊維を製造する既存の方法は、高温、エネルギー消費、大量の溶剤、特殊な繊維紡糸装置を必要とする、高価で複雑です。

「私たちは、導電性の 2D シートや 3D オブジェクトを製造する最先端のプロセスを反映した、実装がはるかに簡単な、高効率でコスト効率の高い導電性繊維の製造プロセスを開発したいと考えました」と共同特派員は述べています。ジュン・チェン氏は、UCLA サムエリ工学部の生物工学助教授です。 「この新しいアプローチにより、低コストで高効率の導電性ソフトファイバーを作成することができます。」

この繊維は、合成ポリマーの一種であるポリアクリロニトリルと、繊維に導電性を与える銀イオンから作られています。 次に、組み合わせた成分を、合成繊維の製造に使用される一般的な溶媒であるジメチルホルムアミド (DMF) に溶解します。

「私たちは、導電性の 2D シートや 3D オブジェクトを製造する最先端のプロセスを反映した、実装がはるかに簡単な、高効率でコスト効率の高い導電性繊維の製造プロセスを開発したいと考えました」と共同特派員は述べています。ジュン・チェンさん。

周囲の空気からの水蒸気が液体溶媒を引き出すのを助けるために、溶液は回転プレート上で回転され、研究者によってパンシオンと呼ばれるポリアクリロニトリル分子と銀イオンのネットワークが形成されます。 PANSion の伸縮性のある自立繊維は、1 分以内にプレートから抽出できます。 この動作は、クモが液体タンパク質を紡いで糸を紡いで巣を作るのと似ています。 得られる繊維はゴムに近い伸縮性を持ち、綿繊維と同等の強度を持っています。

研究者らによると、その繊維は呼吸、温度、接触を感知できる強力な導電性を備えているという。 この繊維をスマートテキスタイルに使用すると、睡眠時無呼吸症候群の人のために一晩中呼吸を追跡する外科用マスクなど、エネルギー、センシング、治療用途に応用できます。

この研究の筆頭著者は、元博士研究員である Songlin Zhang です。UCLA のチェンのウェアラブル バイオエレクトロニクス研究グループ彼は現在シンガポール国立大学に在籍しています。

他の UCLA の著者には、Yihao Zhou、Alberto Libanori、Xun Zhao がいます。いずれもチェン氏の研究グループの現在および元メンバーです。 さらに、シンガポール国立大学、中国の南京大学、吉林大学からも著者が名を連ねています。この研究は、UCLA Samueli からのスタートアップ資金、Hellman Fellows Research Grant、UCLA Pandemic Resources Program Research Award、および Research Recovery Grant によって支援されました。 UCLA学術上院から。 追加の支援は、脳と行動研究財団とロサンゼルス小児病院の小児科技術革新のための西海岸コンソーシアムから来ました。