简介

物化性能

用途(军事 航空航天 建筑 农业和食品 医疗保健)

制法

生产途径(第一种途径： 第二种途径： 第三种途径：)

展望

简介

中文名：仿蜘蛛丝纤维

英文名：man-made spider fiber

别名：人造蜘蛛丝纤维

组成：是蛋白质纤维的一种，由多肽链组成，绪槽很复杂。

物化性能

蜘蛛丝是由一些被称为原纤的纤维索组成，而原纤又是几个厚度为120nm的微原纤的集昝体，微原纤则是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物，蠕蛛丝蛋白则是由各种氨基酸组成的多肽链按一定方式组合而成。分析表明，蜘蛛丝蛋白的氨基酸组成以智氨酸和丙氨酸为主，二者之和约占70%，还有丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和络氨酸等。 蜘蛛丝具有很高的强度。有人发现，有的蜘蛛丝其强度比芳纶和超高分子量聚乙烯纤维的强度还大，是钢的5～10倍。蜘蛛丝的弹性和柔韧性都很好，耐冲击性强。耐低温性能好，在-40℃的条件下仍能保持其弹性，在需要低温使用的场合，其优点特别显著。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。

用途

军事

用蜘蛛丝制作的防弹背心比用对位芳纶制作的性能还好。也可用于制造坦克和飞机的装甲以及军事建筑物的防弹衣等。

航空航天

可用于制作结构材料、复合材料和宇航服等。

建筑

可做结构材料和复合材料，用于桥梁、高层建筑和民用建筑等。

农业和食品

可做捕捞网具，可用以替代会造成白色污染的包装材料等。

医疗保健

有非常广泛的用途，由于蜘蛛丝是天然产品，且由蛋白质组成，与人体具有相容性，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，用于人体组织修复、伤口处理和手术缝合线等。

制法

采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝，但尚不成熟，目前正在探索之中。此方法的要点是先用生物化学方法对性能优良的蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行分析研究，搞清其蜘蛛丝蛋白基因编码的核苷酸序列，同时进行基因序列的分离、纯化、结构特征的表达和克隆等工作，在此基础上建立不同蜘蛛丝蛋白片段的基因序列模型，用这种模型可生产出称为蜘蛛丝蛋白的合成基因，然后将这种合成基因移植给动物、植物或微生物，被移植了合成基因的动物、植物或微生物就能大量复制这种蜘蛛丝蛋白，将这种蜘蛛丝蛋白分离出来，经过提纯、溶解和纺丝，便可生产出性能优良的人造蜘蛛丝。目前尚未实现工业生产。

生产途径

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Nexia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到山羊，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(Biosteel)，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。报导说他们已和加拿大国防部(Canadian Department of National Defence)草签了用这种纤维生产防弹材料的协议，还和美国军队及美国航天局(NASA)讨论了有关合作的问题。

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，使该种微生物在繁殖过程中大量生产类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。例如美国杜邦公司已经发现一种名叫Escherichia coli的细菌和一种名叫Pichia pastoris的酵母菌通过基因移植技术能合成出高分子量的类似于蜘蛛拉索丝蛋白的蛋白质。并发现用E.coli细菌可有效地生产出高分子量的蜘蛛丝蛋白，其分子长度可达1000个氨基酸，但高分子量蜘蛛丝蛋白的产量和均匀性则受到限制，可能由于在末端合成中某些端基出现了错误。而用P.pastoris酵母菌生产的高分子量蜘蛛丝蛋白则没有不均匀的问题，这种酵母菌可分泌出与蜘蛛拉索丝相似的蜘蛛丝蛋白。俄罗斯科学家则将蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给一种学名叫Saccharomyces.cerevisiae的酵母菌，繁殖后酵母菌体蛋白质的不溶组份中80%以上为与蜘蛛丝蛋白相似的蛋白质，且产量可观，还进行了蛋白质的分离和纯化等，以便以后进行纺丝。下一步工作就是研究如何利用工业发酵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、烟草和土豆等作物，使这些植物能大量生产类似与蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后将蛋白质提取出来作为生产仿蜘蛛丝的原料。如德国植物遗传与栽培研究所(Institut fur Pflanzengenetik und Kulturpflanzen Forschung Gates Leben)将能复制Nephila clavipes蜘蛛拉索丝的蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给烟草和土豆，所培植出的转基因烟草和土豆含有可观数量的类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，90%以上的蛋白质含有420-3600个碱基对，其基因编码与蜘蛛丝蛋白相似，这种经基因重组的蜘蛛丝蛋白含于烟草和土豆的叶子中，也含于土豆的块茎中。由于这种经基因重组的蛋白质有极好的耐热性，使其提纯与精制手续简单而有效。

展望

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以和对位芳纶竞争，据说生产这种仿蜘蛛丝的费用可降低到每公斤50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。