蜘蛛丝，新材料
作者：玲珮玎珰
朋友，你见过蜘蛛丝吗？哈哈，我这么问有点夸张。事实上，我刚刚面对一
根从树枝上悬下的蜘蛛丝发了一会呆。这根在微风中飘动的丝那么轻柔，精细到
似有若无，在九月明媚的阳光下，白色光亮的细丝折射出彩色的光芒。用手触摸
一下，细丝有点弹性，又有点粘。
蚕丝的故事大概也从某个人对它的凝视开始，中国民间故事说是嫘祖发现了
养蚕抽丝，而后才有了以丝织布织网等等。那么蜘蛛丝呢，外观和质地，其实与
蚕丝很近似；化学本质上都是氨基酸链构成的蛋白质。蚕吃桑叶，可以大规模喂
养；而蜘蛛食肉，不是友善的群居昆虫，假如将一群蜘蛛圈在一起，它们会互相
残杀甚至吃掉对方，最后也许只剩下一只肥胖的胜利者。
蜘蛛丝的性质早被人类认识：印度的渔夫们用它做鱼网；美国内战期间，士
兵们用它做手术包扎。研究表明，蜘蛛网上的牵引丝（dragline）是迄今发现的
最坚韧的生物材料，其强度是钢的五倍，凯夫拉尔纤维（Kevlar）的三倍。凯夫
拉尔纤维（Kevlar）是杜邦公司发明的合成材料，因质地结实重量轻而用于生产
防弹背心。蜘蛛丝比它们更牢固和更有弹性。这种牵引丝，直径大约三微米，只
有头发丝的十分之一，将它们织成拇指粗细的缆绳，可以承受一架大型喷气式客
机的重量。
养蜘蛛抽丝行不通，现代生物技术则另辟蹊径。研究人员曾经尝试用合成人
类胰岛素的方法来合成蜘蛛丝蛋白，他们把基因插入到细菌中，但是只得到了一
种黏糊糊的东西，不大象天然蜘蛛丝，没什么商业价值。2002年元月， Nexia生
物科技公司与美国军方所属的研究团队SBCCOM联合在“科学（Science）”杂志
上发表了一篇论文，描述如何利用蜘蛛基因，通过细胞培植技术从转基因山羊的
奶中抽取蜘蛛丝。
Nexia的总裁特纳（Jeffrey Turner）曾在蒙特利尔的McGill大学任教，在
得知科学家们已经解出了蜘蛛表达丝蛋白的三个基因后，形成了这个创意。蜘蛛
丝腺与反刍动物乳腺的生理结构非常相似，奶头好比就是喷丝口。他们将蜘蛛的
丝蛋白基因从蜘蛛细胞中提取出来，加上一个基因开关，然后注入山羊卵中。幼
山羊的每个细胞中都有一个蜘蛛基因，但是先前加入的基因开关使得蜘蛛基因只
在雌山羊的乳腺中才能表达出来。这些山羊们吃的是草，挤出来的是奶，奶里面
有—-不是三聚氰胺啦，有蜘蛛丝蛋白。这个丝奶混合物看起来尝起来与正常的
山羊奶都完全一样。所谓的蜘蛛山羊的七万个基因中只有一个是来自蜘蛛的基因，
它们主要还是山羊，外形丝毫不象异形或者怪兽。
收集的丝奶经脱脂，过滤和纯化后，得到细小的白色粉末，加入水后形成泛
金色的糖浆似的粘稠液体，它大致与蜘蛛肚中的丝浆相同。将粘稠的原丝抽制成
丝线的步骤则类似于人工纺制丝线，抽丝的机器也模仿蜘蛛的解剖结构。在一个
类似注射器，末端有小孔的挤喷器中，将丝浆挤压出来，点入甲醇溶液，促使蛋
白排列自发形成晶体，组合成透明的丝纤维。然后长丝线被拿到纺纱机上，在排
开的纺锤上拉细拉长。
Nexia将这样得到的蜘蛛丝命名为“生物钢（Biosteel）”，其强度能达到
钢的三倍。2011年8月，荷兰艺术家艾塞迪（Jalila Essaidi）与生物学家们展
示了一块由人造蜘蛛丝和人类皮肤细胞混合做成的材料，它可以挡住以减速飞行
的步枪子弹。所以蜘蛛丝的一个很重要用途正是生产防弹背心等军用品，战士们
穿上蜘蛛丝做的盔甲会更轻巧和灵活，好像蜘蛛侠。新型的蜘蛛丝复合材料还可
用来生产降落伞绳子，飞机汽车船舶的部件，用于桥梁或者建筑等。
凯夫拉尔纤维以化学聚合合成，需要使用高温高压和大量的有机溶剂；蜘蛛
丝蛋白在室温下从水中抽取，而且丝蛋白可以生物降解，所以人造蜘蛛丝更加环
保。它的性能适于合成新型的手术缝合线，人工皮肤，韧带或肌腱等。生产可生
物降解的鱼线鱼网也是重要用途之一，相比工业纤维的16亿美元市场，鱼具市场
价值5亿美元。
蜘蛛共能产出7种丝蛋白，而“生物钢（Biosteel）”迄今只含一种。“生
物钢（Biosteel）”还没有达到蜘蛛丝的牢固度，研究认为，蜘蛛丝的强度在于
抽制过程而不是丝内在的化学组成，现有的纺纱技术有待进一步优化，以使得拉
出的丝线均一，与天然的蜘蛛丝一样。大规模商业化生产各种性能的蜘蛛丝尚未
成功，仍须努力。
当年尼龙问世后，二战期间曾大量用于制作降落伞；和平期间大量用于生产
尼龙袜和各种衣物，引发了时尚界的新潮流。有一天，当模特们穿着蜘蛛丝做的
轻薄如蝉翼如羽毛的衣裙翩翩从后台走来，丝衣在灯光下流光溢彩，你是不是会
感叹“美呀”，“艺术呀”，还有“科学呀”呢？
(XYS20111006)
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