泌尿科能看女的吗:蜘蛛丝的研究与开发

·蜘蛛丝的研究与开发

科学的发展使人类有越来越多的机会和手段去探索自然界的奥秘。科学家们开始注意到蜘蛛丝非同一般的性能。首先蜘蛛丝很细而强度却很高，它比人发还要细而强度比钢丝还要大。其次它的柔韧性和弹性都很好，耐冲击力强。无论是在干燥状态或是潮湿状态下都有很好的性能。蜘蛛丝网还有很好的耐低温性能。由于蜘蛛丝是由蛋白质构成，是生物可降解的把这些优良的性能集中在同一种纤维上十分困难。

人们开始考虑，如果能够用人工的方法大量而经济地生产这种纤维，必将对纤维和纺织业的发展产生深远的影响。目前美国、加拿大、德国和英国等发达国家已投入大量的人力和物力进行研究，并已取得相当的进展，对蜘蛛丝的研究，已成为当今世纤维界的热门课题。蜘蛛丝的结构和性能蜘蛛丝属于一种蛋白纤维通过对蜘蛛丝的解剖学研究，认为一般蜘蛛丝网包含三种类型的丝(有的蜘蛛能生产8种甚至更多类型的丝)：捕捉丝(捕获猎物)、辐条状或径向丝和圆周网丝。蜘蛛的腺体液离开蛛身后立即固化成蛋白纤维，固化后的蜘蛛丝不溶水，并具有优良的性能。利用扫描电子镜研究蜘蛛丝的超分子结构发现，蜘蛛丝是由一些被称为原纤的纤维束组成，而原纤又是几个厚度为12Onto的微原纤的集合体，

微原纤则是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物。蜘蛛丝随处可见，但要由它采取式样进行性能测试则是很难的事情，而且蜘蛛的品种很多，不同品种不同类型的蜘蛛，其性能也有差异，一般说蜘蛛丝的直径约为几个微米(人发约为100微米)，但强度特别大。据德国一个研究所对一种名叫Nephi la Clavipes热带蜘蛛的研究，其蜘蛛丝的直径为0．74～1．16dtex，强度为6．4～8．2cN／dtex，在湿态下伸长有所增加，而强度基本保持不变。有的报导说蜘蛛丝的强度比钢丝大5倍，而美国南部有一种被称为“黑寡妇”的蜘蛛，其丝的强度比钢丝大l0倍，另有报导则说蜘蛛丝的强度可以比杜邦的对位芳纶和联信的超高分子量聚乙烯纤维还要大。科学家们还对NephilaClavipes蜘蛛丝的圆周丝的初始模量、应力应变进行了测试。蜘蛛网圆周丝的初始模量明显高于锦纶6，比对位芳纶低，但圆周丝在蜘蛛丝中不是强度最好的。值得一提的是对位芳纶的断裂伸长只有2％～5％，而蜘蛛丝是36％~50％。因而具有吸收巨大能量的性能。

蚕丝的粘弹性最大，其次是蜘蛛丝，而锦纶6的粘弹性最小，这些不同的特性来源于材料本身的组成和结构的差异。蜘蛛丝的另一重要特性是它的耐低温性能。

据报导，蜘蛛丝在零下40"C时仍有弹性，只有在更低的温度下才变硬，在需要低温使用的场合，这种纤维的优点特别显著。由于蜘蛛丝是由蛋白质组成，因而是生物可降解的，不会对环境造成污染，符合可持续发展的要求。

蜘蛛丝蛋白的剖析和合成科学家们已经进行了大量的工作，用物化学方法对蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行了研究，分离了蜘蛛丝蛋白基因编码的核瞢酸序列，建立了数据库，利用DNA合成技术已成功地建立了不同蜘蛛丝蛋白片段的基因序列模型，用这种模型可制造出一种称为蜘蛛丝蛋白的合成基因，利用这种基因可生产出96．1％的基因序列与天然蜘蛛丝蛋白相同的产品。下一步工作是如何大规模生产

这种蜘蛛丝蛋白，现在有三种途径。

第一是利用动物如奶牛或奶羊来生产这种蜘蛛丝蛋白；第二是利用微生物来生产：第三是利用植物来生产。

第一种途径。加拿大一家生物技术公司宣布已经获得成功，办法是将能复制蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给山羊， 山羊生产的羊奶中就含有类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。据报导， 这种羊奶中含有经基因重组的蛋白质2～15g／1，用这种蛋白质生产的纤维取名生物钢(Biostee1)，其强度比芳纶大3．5倍。该公司正研究如何将羊奶中的蛋白质进行纺丝的问题。

第二种途径。利用卫生微生物来生产蜘蛛丝蛋白，这种方法是将能生产蜘蛛丝蛋白的基因移植给微生物，使该种微生物繁殖过程中大量生产类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。例如已经发现一种细菌和一种酵母菌通过基因移植技术能合成出类

似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。下一步工作就是研究如何利用工业发醇的方法大量生产这种细菌或酵母菌，然后把这种类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质分离出来做为纺丝的原料。

第三种途径。利用植物来生产蜘蛛丝蛋白。这种方法是将能生产蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给植物，如花生、烟草和谷物等，使这种植物能大量生产类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后将蛋白质提取出来做为生产仿蜘蛛丝的原料。蜘蛛丝蛋白的溶解和纺丝在目前还不能通过生物技术大量生产蜘蛛丝蛋白的情况下，必须先寻找一种合适的蛋白质做为模型物质，以制备纺丝溶液，表证其蛋白质的溶解状态以及在不同的凝固条件下的纺凝固行为。但这种蛋白质必须是在结构和性能上与蜘蛛

丝蛋白相似而又能大量取得的。已发现一种桑蚕的脱胶天然蚕丝，其蛋白质的初级结构与蜘蛛丝蛋白质相近似，而其他桑蚕丝蛋白质的氨基酸组成与蜘蛛丝相差较大，因而使用这种材料作为试验的模型物质。德国一家研究所宣布他们已找到十分良好的溶剂体系。为了进行蛋白质的纺丝试验，专门设计加工了小型试验装置，据说每次有6ml蛋白质溶液即可纺丝了，纺丝的参数可在较宽的范围内改变和调整，可由电脑进行程序控制，加上数据处理系统， 以便为将来进行放大使用提供基础资料。据报导，使用这种装置，已从脱胶桑蚕丝溶解的蛋白质溶液纺出了纤维，下一步工作将是优化溶解纺丝的各种参数并研究溶解纺丝的各种条件对纤维结构性能的影响。

用途展望前面提到，蜘蛛丝有比芳纶还高的强度，计算表明，一根直径lOm 的蜘蛛丝绳可以拉住一架正在飞行的喷气式飞机，蜘蛛丝有吸收巨大能量的能力，又耐低温，同时它又是天然产品，是生物可降解的可循环再生的材料，因而被世界各国

普遍看好。

在军事方面，用蜘蛛丝做的防弹背心比用芳纶做的性能还好。也可以用于制造坦克和飞机的装甲，以及军事建筑物的“防弹衣”等。在航空航天方面，可用于结构材料、复合材料和宇航服装等。在建筑方面，结构材料和复合材料，用于桥梁、高层建筑和民用建筑等。在农业和食品方面。可用做捕捞网具，代替造成白色污染的包装塑料等。

在医学和保健方面，尤其有广泛用途。由于蜘蛛丝是天然产品，又由蛋白质组成，和人体有良好的相容性，因而可用作高性能的生物材料，如人工筋腱、人工韧带、人工器官、组织修复、伤口处理、用于眼外科和神经外科手术等特细和超特细生物可降解外科手术缝合线。总之，目前这种纤维的呼声很高，特别是如果能用转基因的方法从羊奶、牛奶中大量获得蜘蛛丝蛋白，则这种转基因仿蜘蛛丝在价格上完全可与对位芳纶竞争。据说生产这种仿蜘蛛丝的费用可降低到每公斤5O美元以下，而目前蚕丝的平均生产费用也要每公斤26-33美元。