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幾百萬年以來，蜘蛛學(xué)會(huì)了生產(chǎn)最細(xì)的絲線，并用這種絲線織成蛛絲網(wǎng)，用以捕獲獵物，賴以生存，繁衍后代。在自然界中，任何飛蟲一旦闖入蛛絲網(wǎng)，就休想逃脫成為蜘蛛食物的命運(yùn)，這是人們司空見慣的一種自然現(xiàn)象。
　　科學(xué)的發(fā)展使人類有越來越多的機(jī)會(huì)和手段去探索自然界的奧秘?？茖W(xué)家們開始注意到蜘蛛絲非同一般的性能。首先蜘蛛絲很細(xì)而強(qiáng)度卻很高，它比人發(fā)還要細(xì)而強(qiáng)度比鋼絲還要大。其次它的柔韌性和彈性都很好，耐沖擊力強(qiáng)。無論是在干燥狀態(tài)或是潮濕狀態(tài)下都有很好的性能。蜘蛛絲網(wǎng)還有很好的耐低溫性能。由于蜘蛛絲是由蛋白質(zhì)構(gòu)成，是生物可降解的把這些優(yōu)良的性能集中在同一種纖維上十分困難。人們開始考慮，如果能夠用人工的方法大量而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)這種纖維，必將對(duì)纖維和紡織業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。目前美國(guó)、加拿大、德國(guó)和英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已投入大量的人力和物力進(jìn)行研究，并已取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，對(duì)蜘蛛絲的研究，已成為當(dāng)今世纖維界的熱門課題。
　　蜘蛛絲的結(jié)構(gòu)和性能
　　蜘蛛絲屬于一種蛋白纖維。通過對(duì)蜘蛛絲的解剖學(xué)研究，認(rèn)為一般蜘蛛絲網(wǎng)包含三種類型的絲有的蜘蛛能生產(chǎn)８種甚至更多類型的絲：捕捉絲捕獲獵物、輻條狀或徑向絲和圓周網(wǎng)絲。蜘蛛的腺體液離開鑒別蛛身體后立即固化成蛋白纖維，固化后的蜘蛛絲不溶水，并具有優(yōu)良的性能。
　　利用掃描電鏡研究了蜘蛛絲的超分子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，蜘蛛絲是由一些被稱為原纖的纖維束組成，而原纖又是幾個(gè)厚度為１２０ｎｍ的微原纖的集合體，微原纖則是由蜘蛛絲蛋白構(gòu)成的高分子化合物。
　　蜘蛛絲隨處可見，但要由它采取式樣進(jìn)行性能測(cè)試則是很難的事情，而且蜘蛛的品種很多，不同品種不同類型的蜘蛛，其性能也有差異，一般說蜘蛛絲的直徑約為幾個(gè)微米人發(fā)約為１００微米，但強(qiáng)度特別大。據(jù)德國(guó)一個(gè)研究所對(duì)一種名叫Ｎｅｐｈｉｌａ Ｃｌａｖｉｐｅｓ熱帶蜘蛛的研究，其蜘蛛絲的直徑為０．７４～１．１６ｄｔｅｘ，強(qiáng)度為６．４～８．２ｃＮ／ｄｔｅｘ，在濕態(tài)下伸長(zhǎng)有所增加，而強(qiáng)度基本保持不變。有的報(bào)導(dǎo)說蜘蛛絲的強(qiáng)度比鋼絲大５倍，而美國(guó)南部有一種被稱為“黑寡婦”的蜘蛛，其絲的強(qiáng)度比鋼絲大１０倍，另有報(bào)導(dǎo)則說蜘蛛絲的強(qiáng)度可以比杜邦的對(duì)位芳綸和聯(lián)信的超高分子量聚乙烯纖維還要大?？茖W(xué)家們還對(duì)Ｎｅｐｈｉｌａ Ｃｌａｖｉｐｅｓ蜘蛛絲的圓周絲的初始模量、應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)試。蜘蛛網(wǎng)圓周絲的初始模量明顯高于錦綸６，比對(duì)位芳綸低，但圓周絲在蜘蛛絲中不是強(qiáng)度最好的。值得一提的是對(duì)位芳綸的斷裂伸長(zhǎng)只有２％～５％，而蜘蛛絲是３６％～５０％。因而具有吸收巨大能量的性能。
　　蠶絲的粘彈性最大，其次是蜘蛛絲，而錦綸６的粘彈性最小，這些不同的特性來源于材料本身的組成和結(jié)構(gòu)的差異。
　　蜘蛛絲的另一重要特性是它的耐低溫性能。據(jù)報(bào)導(dǎo)，蜘蛛絲在零下４０℃時(shí)仍有彈性，只有在更低的溫度下才變硬，在需要低溫使用的場(chǎng)合，這種纖維的優(yōu)點(diǎn)特別顯著。
    由于蜘蛛絲是由蛋白質(zhì)組成，因而是生物可降解的，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
　　蜘蛛絲蛋白的剖析和合成
　　科學(xué)家們已經(jīng)進(jìn)行了大量的工作，用物化學(xué)方法對(duì)蜘蛛絲蛋白和腺體分泌物進(jìn)行了研究，分離了蜘蛛絲蛋白基因編碼的核苷酸序列，建立了數(shù)據(jù)庫，利用ＤＮＡ合成技術(shù)已成功地建立了不同蜘蛛絲蛋白片段的基因序列模型，用這種模型可制造出一種稱為蜘蛛絲蛋白的合成基因，利用這種基因可生產(chǎn)出９６．１％的基因序列與天然蜘蛛絲蛋白相同的產(chǎn)品。下一步工作是如何大規(guī)模生產(chǎn)這種蜘蛛絲蛋白，現(xiàn)在有三種途徑。第一是利用動(dòng)物如奶?；蚰萄騺砩a(chǎn)這種蜘蛛絲蛋白；第二是利用微生物來生產(chǎn)；第三是利用植物來生產(chǎn)。
    第一種途徑。加拿大一家生物技術(shù)公司宣布已經(jīng)獲得成功，辦法是將能復(fù)制蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給山羊，山羊生產(chǎn)的羊奶中就含有類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，這種羊奶中含有經(jīng)基因重組的蛋白質(zhì)２～１５ｇ／ｌ，用這種蛋白質(zhì)生產(chǎn)的纖維取名生物鋼Ｂｉｏｓｔｅｅｌ，其強(qiáng)度比芳綸大３．５倍。該公司正研究如何將羊奶中的蛋白質(zhì)進(jìn)行紡絲的問題。
　　第二種途徑。利用衛(wèi)生微生物來生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白，這種方法是將能生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白的基因移植給微生物，使該種微生物繁殖過程中大量生產(chǎn)類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)。例如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種細(xì)菌和一種酵母菌通過基因移植技術(shù)能合成出類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)。下一步工作就是研究如何利用工業(yè)發(fā)醇的方法大量生產(chǎn)這種細(xì)菌或酵母菌，然后把這種類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)分離出來做為紡絲的原料。
　　第三種途徑。利用植物來生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白。這種方法是將能生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給植物，如花生、煙草和谷物等，使這種植物能大量生產(chǎn)類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)，然后將蛋白質(zhì)提取出來做為生產(chǎn)仿蜘蛛絲的原料。
蜘蛛絲蛋白的溶解和紡絲
　　在目前還不能通過生物技術(shù)大量生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白的情況下，必須先尋找一種合適的蛋白質(zhì)做為模型物質(zhì)，以制備紡絲溶液，表證其蛋白質(zhì)的溶解狀態(tài)以及在不同的凝固條件下的紡凝固行為。但這種蛋白質(zhì)必須是在結(jié)構(gòu)和性能上與蜘蛛絲蛋白相似而又能大量取得的。已發(fā)現(xiàn)一種桑蠶的脫膠天然蠶絲，其蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu)與蜘蛛絲蛋白質(zhì)相近似，而其他桑蠶絲蛋白質(zhì)的氨基酸組成與蜘蛛絲相差較大，因而使用這種材料作為試驗(yàn)的模型物質(zhì)。德國(guó)一家研究所宣布他們已找到十分良好的溶劑體系。為了進(jìn)行蛋白質(zhì)的紡絲試驗(yàn)，專門設(shè)計(jì)加工了小型試驗(yàn)裝置，據(jù)說每次有６ｍｌ蛋白質(zhì)溶液即可紡絲了，紡絲的參數(shù)可在較寬的范圍內(nèi)改變和調(diào)整，可由電腦進(jìn)行程序控制，加上數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以便為將來進(jìn)行放大使用提供基礎(chǔ)資料。據(jù)報(bào)導(dǎo)，使用這種裝置，已從脫膠桑蠶絲溶解的蛋白質(zhì)溶液紡出了纖維，下一步工作將是優(yōu)化溶解紡絲的各種參數(shù)并研究溶解紡絲的各種條件對(duì)纖維結(jié)構(gòu)性能的影響。
　　用途展望
　　前面提到，蜘蛛絲有比芳綸還高的強(qiáng)度，計(jì)算表明，一根直徑１０ｍｍ的蜘蛛絲繩可以拉住一架正在飛行的噴氣式飛機(jī)，蜘蛛絲有吸收巨大能量的能力，又耐低溫，同時(shí)它又是天然產(chǎn)品，是生物可降解的可循環(huán)再生的材料，因而被世界各國(guó)普遍看好。
　　在軍事方面，用蜘蛛絲做的防彈背心比用芳綸做的性能還好。也可以用于制造坦克和飛機(jī)的裝甲，以及軍事建筑物的“防彈衣”等。
　　在航空航天方面，可用于結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料和宇航服裝等。
　　在建筑方面，結(jié)構(gòu)材料和復(fù)合材料，用于橋梁、高層建筑和民用建筑等。
  　在農(nóng)業(yè)和食品方面。可用做捕撈網(wǎng)具，代替造成白色污染的包裝塑料等。
  　在醫(yī)學(xué)和保健方面，尤其有廣泛用途。由于蜘蛛絲是天然產(chǎn)品，又由蛋白質(zhì)組成，和人體有良好的相容性，因而可用作高性能的生物材料，如人工筋腱、人工韌帶、人工器官、組織修復(fù)、傷口處理、用于眼外科和神經(jīng)外科手術(shù)等特細(xì)和超特細(xì)生物可降解外科手術(shù)縫合線。
　　總之，目前這種纖維的呼聲很高，特別是如果能用轉(zhuǎn)基因的方法從羊奶、牛奶中大量獲得蜘蛛絲蛋白，則這種轉(zhuǎn)基因仿蜘蛛絲在價(jià)格上完全可與對(duì)位芳綸競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)說生產(chǎn)這種仿蜘蛛絲的費(fèi)用可降低到每公斤５０美元以下，而目前蠶絲的平均生產(chǎn)費(fèi)用也要每公斤２６～３３美元。