1、蜘蛛絲的應用及合成1蜘蛛絲結(jié)構特性 蜘蛛絲主要由甘氨酸，丙氨酸及小部分的絲氨酸加上其它氨基酸單體分子聚合而成。其分子鏈中有晶區(qū)和無定形區(qū)。晶區(qū)分子高度取向，結(jié)晶區(qū)被無 定形區(qū)分開并占一定體積 ，是其具有高強度 、高 韌 度 、高 粘 彈 性 的 基 礎 ；無定形區(qū)結(jié)構分子鏈能形成伸展的聚合玻 璃 態(tài) ，這是蛛絲具有高彈性 、高平衡 阻滯能力的原 因 。2蜘蛛絲的應用 蜘蛛絲的結(jié)構特點決定了其理化性質(zhì)與蠶絲相比，具有非常明顯的優(yōu)勢，在力學強度方面，蜘蛛絲纖維與強度最高的碳纖維及高強合纖Aramid、Kelve，等強度相接近，但它的韌性明顯優(yōu)于上述幾種纖維。因此，蜘蛛絲纖維在國防、軍事（防彈衣）、

2、醫(yī)療、建筑、紡織等領域具有廣闊應用前景33在軍事方面 人造基因蜘蛛絲，也稱生物鋼，它比普通鋼強4至5倍，而且具有如蠶絲般的柔軟和光澤，可用于制造高級防彈衣，讓我們對比一下，軍隊目前的防彈衣是用13層Kevlar 制成的，令人吃驚的是，蛛絲的堅韌性是Kevlar 織品的3倍!其超級伸長能力使它斷裂時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，會起到極好的消力作用，對破碎作用是一種很大的障礙。 生物鋼的用途廣泛，還能制造戰(zhàn)斗飛行器、坦克、雷達、衛(wèi)星等裝備的防護罩等。45 在大片蜘蛛俠中，主人公彼得帕克被一只經(jīng)過基因?qū)嶒灨脑斓闹┲胍?傷后，具有了不可思議的超人力量。身穿蜘蛛服的

3、彼得，靠一根蛛絲，在摩天大 樓的墻壁上疾速飛馳，為了保護城市的安全與“綠惡魔”殊死搏斗，最終成為救 人于危難的超級英雄。 然而，這種電腦創(chuàng)造的科幻技術目前正在被美軍一步步變成現(xiàn)實。據(jù)悉，美 軍目前正在用新技術打造像“蜘蛛俠”一樣的“戰(zhàn)爭超人”。美軍宣稱，不久的 將來，美軍的士兵們將會穿著蜘蛛絲制成的戰(zhàn)斗服參加戰(zhàn)斗，這種戰(zhàn)斗服既輕便 又靈活，同時還可以防彈。 6用于航天材料 目前，科學家表示，蜘蛛絲噴涂石墨烯和碳納米管微粒將具有超強韌性，甚至未來這種材料可用于捕獲空中墜落飛機。制造輕便的航天服開發(fā)輕便耐極端條件的航天材料7 在紡織方面 英國藝術家Simon Peers 花了5年時間使用蜘蛛絲紡成

4、的一塊布。目前這玩意正在紐約美國自然歷史博物館上展出。它長3.35米，一共花費30w英鎊。據(jù)說所有的絲提取自100多萬只馬達加斯加島golden orb 雌性蜘蛛。8在醫(yī)學醫(yī)療方面 蜘蛛絲的優(yōu)越性還在于它是蛋白質(zhì)纖維，與人體具有“兼容性”。通過轉(zhuǎn)基因技術得到具有蜘蛛絲特點的“生物鋼”制成人工關節(jié)、韌帶、人類使用的假肢、人造肌腱等產(chǎn)品，具有韌性好、可降解等特性。蜘蛛絲在醫(yī)學和醫(yī)療方面有廣泛用途。9在建筑方面 蜘蛛絲的強度高，韌性大和一定的熱穩(wěn)定性，在極高溫度下才會分解，因此蜘蛛絲可用于結(jié)構材料、復合材料等高強度材料。在建筑方面，蜘蛛絲可用做結(jié)構材料和復合材料，代替混凝土中的鋼筋，應用于橋梁、高層

5、建筑和民用建筑等，可大大減輕建筑物自身的重量，還可以抗震。10電子領域 其半晶體結(jié)構可以發(fā)展生物半導體技術，其穩(wěn)定的室間構象和在一定條件下可逆的自裝配行為可作為生物計算機的優(yōu)良材料。11蜘蛛絲的合成技術 隨著科學技術的發(fā)展，開發(fā)生產(chǎn)蜘蛛絲已成為可能。人們在獲取蜘蛛絲蛋白基因后，利用已清楚的氨基酸重復序列信息，人工合成其類似基因 片段， 通過微生物、動物、植物等途徑表達蜘蛛絲蛋白后進行溶液紡絲，以獲取蜘蛛絲纖維。12微生物途徑 將蜘蛛基因轉(zhuǎn)入微生物中，通過微生物的分裂繁殖來達到生產(chǎn)具有蜘蛛絲特性的纖維，該方法成本低，生產(chǎn)效率高。如將產(chǎn)絲的蜘蛛基因植入細菌中，產(chǎn)絲基因演變成獨立的細菌，進行幾百萬次

6、繁殖生產(chǎn)出絲。這種細菌的出現(xiàn)，不但降低了產(chǎn)絲的成本，而且還會提高絲的質(zhì)量。13動物途徑 在某些哺乳動物如山羊、奶牛等動物體內(nèi)注入蜘蛛基因之后，從所產(chǎn)的乳液中可提取一種特殊的蛋白質(zhì)，這種含有蜘蛛絲基因的蛋白質(zhì)可用來生產(chǎn)蜘蛛絲纖維。 加拿大研究人員發(fā)現(xiàn)山羊乳液中所含的奶蛋白同蜘蛛的絲蛋白生成模式是一樣的，利用轉(zhuǎn)基因技術，把蜘蛛絲牽引絲基因轉(zhuǎn)移到山羊乳腺細胞中，從山羊的乳液提取出類似蜘蛛絲的可溶性蛋白，生產(chǎn)高性能蛋白纖維，開發(fā)出新一代動物纖維材料，實驗證明這種新的輕型纖維材料強度比鋼材更高，而彈性十分好。14植物途徑 將蜘蛛絲基因移植入植物，培育出能夠產(chǎn)生絲蛋白的轉(zhuǎn)基因植物。該方法是將蜘蛛體內(nèi)絲蛋白

7、基因注入土豆和煙草等植物中，以使這些植物在它們的組織中制造大量的絲蛋白，通過植物大面積的種植，獲取絲蛋白。提取這類植物中的類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)，用作紡紗的原料。用所得到的植物蛋白質(zhì)進行紡絲，這種絲可制織具有超強韌性的工程材料及能自行分解的化學織物，減少了對環(huán)境的污染，成本可能還要低廉。因此成功地培育出能夠生產(chǎn)絲蛋白的轉(zhuǎn)基因植物，將大量制取絲蛋白開辟新途徑。15“蠶吐絲”途徑 利用轉(zhuǎn)基因技術，將蜘蛛“牽引絲”部分的基因通過“電穿孔”的方法注入蠶卵中，在家蠶的基因重鏈中就產(chǎn)生部分蜘蛛牽引絲的基因。從而使蠶絲的易折皺變形、彈性小等性能得到改進。中科院上海生命科學研究院6用轉(zhuǎn)基因方法，在國際上首次

8、實現(xiàn)了綠色熒光蛋白與蜘蛛絲融合基因在家蠶絲基因中的插入，并獲得了熒光繭一種高級的綠色環(huán)保材料。16市場需求醫(yī)用纖維生產(chǎn)商Acordis特種纖維公司與Nexia生物技術公司擴大了合作協(xié)議,以開發(fā)用于Nexia的蜘蛛絲生產(chǎn)BioSteel纖維紡絲工藝。 由于其高性能(韌性、強度、輕)與生物降解性的獨特結(jié)合,蜘蛛絲一直受到科學家的推崇。Nexia一直將BioSteel-M的開發(fā)重點放在醫(yī)療裝置上,因其代表高價值及廣大的市場。目前，據(jù)說生產(chǎn)這種仿蜘蛛絲的費用可降低到每公斤50美元以下，而蠶絲的平均生產(chǎn)費用也要每公斤26-33美元。17用戶需求1.防蜘蛛絲纖維仍具有可降解能力，不會對環(huán)境造成污染。2.用

9、于軍事、航天、醫(yī)療、建筑等方面的放蛛絲材料的降解條件應較苛刻，不能產(chǎn)生安全隱患。3.仿蛛絲纖維制成的服裝應耐臟。4.放蛛絲衣服應耐洗滌，不變形。5.仿蛛絲衣服除了具有一般蠶絲衣服的特性外，還能根據(jù)環(huán)境溫度自行調(diào)節(jié)，起到冬暖夏涼的效果。6.在軍事方面，仿蛛絲纖維防彈衣也能起到調(diào)節(jié)冬暖夏涼的效果。7.蛛絲制成的戰(zhàn)甲可以抵抗艱苦的環(huán)境，比如可以在水底呼吸，在高海拔地帶提供氧氣等。188.蛛絲作戰(zhàn)服具有紅外探測、生化傳感器、日夜視頻相機等功能。9.蛛絲作戰(zhàn)服具有生物傳感器的作用，可以探測士兵的心跳、血壓等，相當于一個時時刻刻在身邊的私人醫(yī)生。10.在電子領域，仿蛛絲作為良好的生物半導體，用于計算機材料

10、，更加輕便。11.在醫(yī)療方面，與人體有很好的兼容性，可作為很好的生物的材料。12作為建筑材料，可以調(diào)節(jié)居室的溫度、濕度、以及空氣清新度。13作為建筑材料，具有優(yōu)良的抗震性能。14.時刻監(jiān)視建筑內(nèi)外，保障社區(qū)安全。1915.在航天方面，鬧高溫，耐極寒。16.航天服輕便舒適。17.航天材料強度高，質(zhì)量輕。18.航天材料同樣應具有紅外探測及衛(wèi)星遙感技術。20方案分類輕便舒適。（16.17）具有具有調(diào)節(jié)溫度的作用，即冬暖夏涼。（4，5，6，12）紅外探測功能。（8，9，14）在極端條件下不影響性能。（7，15）提供氧氣。（7，12）具有疏水抗壓性能。（3，4）特定條件下才能降解。（2）21方案篩選選擇依據(jù)權重ABCDEFG市場需求性0.46996947科學成熟性0.45955557工程