帽貝超越蛛絲成爲地球上最強的生物材料，對人類啓發重大

很長一段時間，蜘蛛絲被譽爲地球上最強的生物材料，這激勵了全球的研究者和初創公司嘗試製造其人工版本。但不久前，這一稱號被一種小型海蝸牛（普通的帽貝，分佈在西歐海岸）奪走。

當帽貝在藻類上覓食時，它們會用其有如舌頭的齒舌在岩石上刮痕，這些痕跡揭示了牙齒的堅韌。直到2015年，科學家們才測量出其拉伸強度，約爲五吉帕，超越了所有已知自然材料。

帽貝牙齒之所以出類拔萃，是因爲其複合結構：一種由甲殼質（廣泛存在於昆蟲、甲殼類和其他生物中的物質）構成的柔韌支架，通過針鐵礦這種鐵氧化物的納米晶體進行強化。

這種材料的出色強度可以解決某些工程難題。如意大利特倫託大學的研究員Nicola Pugno所說：“許多技術應用因材料的強度和韌性受到限制。”

弱化和易碎的材料不僅限制了物品的使用壽命，還使我們在極端環境下難以創新，因爲材料可能會損壞。Pugno補充道。

雖然複製這種超強的自然材料具有明顯的優勢，但如何實現仍是一個挑戰。“首先，你必須在實驗室內重現這些精細的結構，然後再找到一種接近工業規模的生產方法。”天津南開大學的研究者劉遵峯如此解釋。

2022年，英國朴茨茅斯大學的研究者成功製造了第一批人工帽貝牙齒，他們使用了一種獨特的方法：先通過電紡技術製造甲殼質支架，然後利用從帽貝齒舌提取的細胞培養物增添鐵氧化物晶體。“坦白說，我沒想到這種方法會如此成功，因爲它真的非常前衛。”首席研究員Robin Rumney表示。

Rumney和他的團隊目前正致力於完善並擴大生產人工帽貝牙齒，期望用它製造防護裝備。如果成功，帽貝的設計靈感可能讓這種防護裝備在強度和可持續性上都超越目前由Kevlar製成的防彈背心。值得注意的是，Kevlar的生產過程使用了有毒化學物質，而且其回收困難。Rumney還寄希望於使用大量的甲殼質（被漁業視爲廢棄物）來生產可持續的塑料替代品。

最令Rumney興奮的是，他最近從英國南極考察隊那裏收到了一個特殊的禮物：一盒來自南極的不同種類的帽貝，這些帽貝擁有金色的金屬牙齒。在實驗室，產生金屬化合物通常需要高溫。而這些帽貝能在2°C以下的環境中實現這一過程確實令人稱奇。“如果我們能夠模仿這種從海水中提取金屬的技術，”Rumney說，“我們不僅可以獲得寶貴的金屬，同時還能淨化水源。”