蛛絲蛋白應(yīng)用簡(jiǎn)介

看起來(lái)細(xì)弱的蛛絲，具有"內(nèi)剛"的特性。它極的機(jī)械特性，使它具有了被仿制和工業(yè)應(yīng)用的重要價(jià)值。

蜘蛛拖絲是由22，000多個(gè)堿基對(duì)編碼的富含甘氨酸的多聚體。很多普通溶劑難以降解拖絲。從對(duì)蜘蛛Nephila clavata的拖絲和捕捉絲的機(jī)械性質(zhì)的研究，以及紫外線和酸雨對(duì)它們強(qiáng)度影響 研究結(jié)果看，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

(1)拖絲的斷裂壓力大約為1500Mpa，斷裂張力大約為0.3，模度大約為10Gpa，幾乎與最好的人造纖維(如aramid纖維)相等；

(2)捕捉絲的負(fù)載張力曲線是"J"型的，斷裂張力量大于200%，但耐久負(fù)載比拖絲小得多；

(3)紫外線照射和類酸雨可使絲降解。

對(duì)于蜘蛛來(lái)說(shuō)，織一張蛛網(wǎng)是件平常事，為了生存，它們要織網(wǎng)。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，很早就想合成蜘蛛產(chǎn)生的強(qiáng)勁、柔韌的絲。然而，這種材料很難得到的。紡織專家認(rèn)為蛛絲是可做防彈衣的絲，我們有兩種方法可獲得這種絲：一是從捕到的蜘蛛收獲這種絲，但無(wú)可操作技術(shù)支持；二是在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制。后一種途徑正是SSM

Natick Research Development和Engineering Center(NRDEC)正在開(kāi)展的，并取得了可喜的成績(jī)。

仿制蛛絲一直是纖維工業(yè)許多年的奮斗目標(biāo)。NRDEC至少?gòu)?0年代起就是這一努力的帶頭者。工業(yè)界的興趣和NRDEC長(zhǎng)期奮斗的原因是：研究已經(jīng)表明。這種纖絲的堅(jiān)韌性使其適合于做高級(jí)防彈衣。制作防彈衣的材料必須是高強(qiáng)度、高模系數(shù)和高伸長(zhǎng)斷裂點(diǎn)，也就是說(shuō)，材料必須是極堅(jiān)韌的。軍隊(duì)目前的防彈衣是用13層Kevlar

Ⅱ制成的，令人吃驚的是，蛛絲的堅(jiān)韌性是Kevlar

Ⅱ織品的3倍!其超級(jí)伸長(zhǎng)能力使它斷裂時(shí)需要吸收更多的能量，理論上可以使射彈更有效地減速。把它用于防彈衣，會(huì)起到極好的消力作用，對(duì)破碎作用是一種很大的障礙。

從活的大量蜘蛛中收獲蛛是行不通的，它們不能象蠶那樣群體飼養(yǎng)。因此，科學(xué)家的目標(biāo)只能用生物技術(shù)生產(chǎn)蛛絲蛋白，即將這種飼養(yǎng)。因此，科學(xué)家的目標(biāo)只能用生物技術(shù)生產(chǎn)蛛絲蛋白，即將這種蛋白的基因轉(zhuǎn)移到細(xì)菌中，用細(xì)菌能大量生產(chǎn)這種蛋白。向著實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的努力的一個(gè)重要突破是NRDEC的Science和Technology

Directorate的研究者能夠克隆蜘蛛N.clavipes造絲基因。一旦分離出這些基因，就可將它們插入到E.coli的DNA中，然后誘導(dǎo)E.coli復(fù)制這些蛛絲。在沒(méi)有蜘蛛存在的發(fā)酵罐中以生產(chǎn)出來(lái)，這些絲已被紡成纖維，并獲得了幾項(xiàng)技術(shù)專利。

重組子蛛絲的產(chǎn)生和絲纖維的紡成是一重要的成就，但這些纖維要用做防彈材料還有許多工作要做，其中極重要是如何誘導(dǎo)細(xì)菌提高產(chǎn)量。

蛛絲已經(jīng)吸引了許多公司和大學(xué)的研究人員：如Dupont Hoechst-Celanese,

Cornell和Oxford。最近，NRDEC與Agricola簽署了一項(xiàng)合作研究和發(fā)展的協(xié)議，共同努力去發(fā)展大量生產(chǎn)重組子蛛絲纖維的技術(shù)。該協(xié)議可能奠定大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)。

除了發(fā)展超級(jí)防彈衣和盔甲的潛在價(jià)值以外，蛛絲還有許多其它的軍事用途，如做降落傘布和降落傘索。從商業(yè)上講，蛛絲具有巨大的市場(chǎng)，它可用于做纜繩和各種生物醫(yī)學(xué)裝置，包括縫合線和人造肌腱。

馬薩諸塞州立大學(xué)的研究者也報(bào)導(dǎo)了運(yùn)用基因工程技術(shù)制造蛛絲的研究進(jìn)展，聚合物科學(xué)家David

tirrell報(bào)導(dǎo)了蛛絲的主要組成是兩種最簡(jiǎn)單的氨基酸-甘氨酸和丙氨酸。Cornell大學(xué)的學(xué)者發(fā)現(xiàn)，這些氨基酸的組成與蛛絲的令人難以置信的強(qiáng)度有關(guān)，拖絲的強(qiáng)度至少有鋼的5倍，彈性為尼龍的2倍，并且防水和可伸展。生物工程材料研究領(lǐng)域的知名學(xué)者Tirrel，他指出可以利用重組DNA技術(shù)去合成蛛絲，他和其他材料科學(xué)家利用該技術(shù)制造了一種全新的生物工程材料，克隆了一個(gè)特異的基因，并把它插入到細(xì)菌中(如E.coli)，然后利用這種細(xì)菌合成這種蛋白質(zhì)。例如，蛛絲可以在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)取一種蜘蛛綱動(dòng)物的基因，并插入到細(xì)菌基因組中來(lái)制造。

對(duì)拖絲的研究使我們對(duì)生物物質(zhì)有更深刻的了解，這些生物物質(zhì)可轉(zhuǎn)變成商業(yè)上的巨大效益。徹底查明蛛絲的結(jié)構(gòu)，探索應(yīng)用領(lǐng)域，將是一個(gè)令人激動(dòng)的材料研究新方向。