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[生物钢]纤维--蜘蛛丝
蜘蛛所结的网、所吐的丝，都是人类一直在模仿的对象。蜘蛛是自然界中天生的纺织专家，蜘蛛的英文「spider」，源自于纺织机「spinner」之古字「spinder」，而蜘蛛的工作就是吐丝织网。 蜘蛛丝的优良性能 蜘蛛丝属于蛋白质纤维，是一种天然高分子纤维和生物材料，具有很多优良的性能: (1)强度:蜘蛛丝的拉伸强度可达同直径钢丝的5到10倍，且可以延伸约20~27%而不会断裂。 (2)弹性:其实蜘蛛丝上80%的水分形成薄膜，包住蜘蛛网中的连接点，使其中的丝纠结、稳固,也就是这些丰富的水分，使得蜘蛛丝具有绝佳的弹性。 (3)伸长、韧性及抗断裂性高:固体蜘蛛丝内有呈不规则纠结状的蛋白分子链，是其具有弹性的原因 ; 而另一种是规则的分子链接晶，是其强度的来源。实验证明当抽丝越快，施力越强，其皱折状分子链形成的结晶构造越多，而其强度也会增大。 (4)质轻、抗紫外线、比重小、耐低温:蜘蛛丝还有另外一项特点，就是它的玻璃转移温度（glass transition temperature, Tg）非常低，大约在 -50℃左右。因此，在极为寒冷的环境下，蜘蛛丝更是一种特具吸引力的工业纤维。 蜘蛛丝是其它纤维所不能比拟的，尤其具有初始模量大、断裂功大、韧性强的特性，是加工特种纺织品的首选原料。蜘蛛丝纤维优良的性能已引起世界各国人士的关注，其特殊的结构和性能在纺织行业、医疗卫生和军事等领域产生了极其重要的影响。 ◎生产及仿造蜘蛛丝方法: (a)蚕吐蜘蛛丝的方法 利用基因技术，将此种蜘蛛蛋白转移至蚕身上,将蜘蛛的基因采用电穿孔的方法注入很小的蚕卵虫中，从而培育出的家蚕分泌出含有蜘蛛丝基因的丝,这种由蚕吐出的蜘蛛丝性能非常优异，抗断裂的强度是蚕丝的10倍，尼龙的5倍；伸缩率高达35%，远远超过尼龙丝。 (b)牛羊乳蜘蛛丝的方法 在加拿大魁北克的的一家Nexia生技公司科学家们,利用生物技术和转基因技术，把蜘蛛丝的蛋白基因移植给羊身上的乳腺细胞中，然后从羊所分泌的乳汁中，提炼出蜘蛛蛋白，纯度可高达70－90％，其所产生的乳液中含有大量的光滑柔软的蜘蛛丝蛋白质纤维，这种含有蜘蛛基因的蛋白质纤维强度高，其性能类似于蜘蛛丝。 (c)微生物合成蜘蛛丝的方法 英国生物工程学家,将蜘蛛丝的蛋白基因移植导微生物上，然后使微生物发酵，当微生物繁殖时，能产生大量的蜘蛛丝蛋白质，将其大量收集后，再以类似丝囊吐丝的方法由注射器的空心针挤压而得到蜘蛛丝,然后通过后加工就可得到类似蜘蛛丝蛋白的蛋白质纤维。 (d)转基因生产蜘蛛丝方法 采用转基因方法或将能产生蜘蛛丝蛋白的基因移植到植物上，通过植物大面积的种植，使这种植物大量生产出类似蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后通过提取加工，便可以作纺纱的原料，同时降低成本。将蜘蛛丝蛋白的基因移植给花生、烟草和谷物等植物，使植物能大量生产近似于蜘蛛丝成分的蛋白质原料。 (e)化学合成蜘蛛丝方法 有科学家模仿蜘蛛丝的组成元素和结构，以化学合成的方式发展「有蜘蛛丝功能」的高分子纤维。 如今用各种科技方法来制造蜘蛛丝纤维，还是无法完全媲美于原产物的一些功能，经过科学家们的研究，其关键可能是出在如何模仿蜘蛛独特的拔丝技巧。截至目前为止，大家还在努力仿真像蜘蛛丝一般的应用材料。 蜘蛛丝的功用 蜘蛛丝一向是传统医学的一部份。在人们知道细菌的存在而使用消毒纱布、绷带之前，就已经知道在包扎伤口时，加一小段的蜘蛛丝；因为蜘蛛丝有粘性，可以促使伤口愈合迅速。 此外，蜘蛛丝还有「不怕水」的特性。所以在巴布亚新几内亚地区，有一种蜘蛛能够制造相当于蚕丝一般粗的丝线，当地的原住民就利用这种蜘蛛在特定的器具上面结网，再利用粘有蜘蛛丝的器具，拿到溪中捕捉小鱼。 在二次大战中，枪炮的瞄准线都是用蜘蛛丝制成。根据研究，在全世界的蜘蛛中，「最好用」的是英国蜘蛛的丝；因为它完全不受环境的影响。即使我们让英国蜘蛛在完全没有食物的情况之下两天，所织出的蜘蛛丝和在野生环境中的蜘蛛相同。 由于蜘蛛丝的坚韧度极高，所以一直有人想利用蜘蛛丝做为防弹衣的材料。现在的防弹衣主要适用 KEVLAR 作为主要材料，不过KEVLAR的机械性质还是较蜘蛛丝逊色一些。 蜘蛛丝的应用前景 加拿大的科学家最近又成功地合作开发出人类有史以来比钢还坚硬四五倍的“生物钢”——人造基因蜘蛛丝,美国麻省的“国家陆军生物化学指挥中心”和加拿大魁北克的“内克夏生物科技公司”的科学家，同样通过将蜘蛛身上抽取的蜘蛛丝基因植入山羊体内，使山羊奶含有蜘蛛蛋白，然后经过特殊的纺线程序，把山羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成“人造基因蜘蛛丝”。研究人员称，这种被他们冠名为“生物钢”的人造蜘蛛丝有蚕丝的质感、光泽，弹性极强，它比钢铁密度大却又柔软无比，集坚韧与结实于一身，可被广泛地用来制造手术用缝合线、柔软的防弹衣，以及极不易磨损的衣物等。如果进一步加以开发，未来可能制成有如晾衣绳粗细的高性能人工“蜘蛛网”，其坚韧度将可拦截F—16战斗机。 研究人员还特别指出，人造基因蜘蛛丝比钢要坚韧四到五倍，比目前用来制造防弹衣的纤维材料“凯夫拉尔”的韧力还要高出两倍，而且这种“生物钢”比“凯夫拉尔”优胜之处还有它的生产流程非常环保。制造“凯夫拉尔”纤维需要在高压下进行，配以有毒的硫酸才能造成；而“生物钢”只需要在正常室温和压力之下，加入水和蛋白质即成。 目前，美、加科学家已打算于今年底开始生产这种人造蜘蛛丝。与此同时，他们也在对目前已开发成功的“生物钢”作进一步的科学改进，以达到未来可量产的产品。 蜘蛛丝有着优良的性能，广泛应用于各个领域。将蜘蛛丝与各种合成纤维长丝交织加工成各种质轻、有弹性的服装。蜘蛛丝的主要成分是蛋白质，这种蛋白质与人体有良好的兼容性，可加工成许多伤口封闭材料和生理组织工程材料。  |
