基本介紹
- 中文名：仿蜘蛛絲纖維
- 外文名：man-made spider fiber
- 別名：人造蜘蛛絲纖維
- 組成：是蛋白質纖維的一種
簡介,物化性能,用途,軍事,航空航天,建築,農業和食品,醫療保健,製法,生產途徑,第一種途徑：,第二種途徑：,第三種途徑：,展望,
簡介
中文名：仿蜘蛛絲纖維
物化性能
蜘蛛絲是由一些被稱為原纖的纖維索組成，而原纖又是幾個厚度為120nm的微原纖的集昝體，微原纖則是由蜘蛛絲蛋白構成的高分子化合物，蠕蛛絲蛋白則是由各種胺基酸組成的多肽鏈按一定方式組合而成。分析表明，蜘蛛絲蛋白的胺基酸組成以甘氨酸和丙氨酸為主，二者之和約占70%，還有絲氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和絡氨酸等。 蜘蛛絲具有很高的強度。有人發現，有的蜘蛛絲其強度比芳綸和超高分子量聚乙烯纖維的強度還大，是鋼的5～10倍。蜘蛛絲的彈性和柔韌性都很好，耐衝擊性強。耐低溫性能好，在-40℃的條件下仍能保持其彈性，在需要低溫使用的場合，其優點特別顯著。蜘蛛絲是由蛋白質組成，因而是生物可降解的，不會對環境造成污染。
用途
軍事
用蜘蛛絲製作的防彈背心比用對位芳綸製作的性能還好。也可用於製造坦克和飛機的裝甲以及軍事建築物的防彈衣等。
航空航天
可用於製作結構材料、複合材料和太空衣等。
建築
可做結構材料和複合材料，用於橋樑、高層建築和民用建築等。
農業和食品
可做捕撈網具，可用以替代會造成白色污染的包裝材料等。
醫療保健
有非常廣泛的用途，由於蜘蛛絲是天然產品，且由蛋白質組成，與人體具有相容性，因而可用作高性能的生物材料，如人工筋腱、人工韌帶、人工器官，用於人體組織修復、傷口處理和手術縫合線等。
製法
採用基因工程方法生產人造蜘蛛絲，但尚不成熟，目前正在探索之中。此方法的要點是先用生物化學方法對性能優良的蜘蛛絲蛋白和腺體分泌物進行分析研究，搞清其蜘蛛絲蛋白基因編碼的核苷酸序列，同時進行基因序列的分離、純化、結構特徵的表達和克隆等工作，在此基礎上建立不同蜘蛛絲蛋白片段的基因序列模型，用這種模型可生產出稱為蜘蛛絲蛋白的合成基因，然後將這種合成基因移植給動物、植物或微生物，被移植了合成基因的動物、植物或微生物就能大量複製這種蜘蛛絲蛋白，將這種蜘蛛絲蛋白分離出來，經過提純、溶解和紡絲，便可生產出性能優良的人造蜘蛛絲。目前尚未實現工業生產。
生產途徑
第一是利用動物如奶牛或奶羊來生產這種蜘蛛絲蛋白；第二是利用微生物來生產；第三是利用植物來生產。
第一種途徑：
加拿大Nexia生物技術公司宣布已經獲得成功，辦法是將能複製蜘蛛絲蛋白的合成基因移植到山羊，山羊生產的羊奶中就含有類似於蜘蛛絲蛋白的蛋白質，據報導這種羊奶中含有經基因重組的蛋白質2-15g/1，用這種蛋白質生產的纖維取名生物鋼(Biosteel)，其強度比芳綸大3.5倍。該公司正研究如何將羊奶中的蛋白質進行紡絲的問題。報導說他們已和加拿大國防部(Canadian Department of National Defence)草簽了用這種纖維生產防彈材料的協定，還和美國軍隊及美國航天局(NASA)討論了有關合作的問題。
第二種途徑：
利用衛生微生物來生產蜘蛛絲蛋白，這種方法是將能生產蜘蛛絲蛋白的基因移植給微生物，使該種微生物在繁殖過程中大量生產類似於蜘蛛絲蛋白的蛋白質。例如美國杜邦公司已經發現一種名叫Escherichia coli的細菌和一種名叫Pichia pastoris的酵母菌通過基因移植技術能合成出高分子量的類似於蜘蛛拉索絲蛋白的蛋白質。並發現用E.coli細菌可有效地生產出高分子量的蜘蛛絲蛋白，其分子長度可達1000個胺基酸，但高分子量蜘蛛絲蛋白的產量和均勻性則受到限制，可能由於在末端合成中某些端基出現了錯誤。而用P.pastoris酵母菌生產的高分子量蜘蛛絲蛋白則沒有不均勻的問題，這種酵母菌可分泌出與蜘蛛拉索絲相似的蜘蛛絲蛋白。俄羅斯科學家則將蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給一種學名叫Saccharomyces.cerevisiae的酵母菌，繁殖後酵母菌體蛋白質的不溶組份中80%以上為與蜘蛛絲蛋白相似的蛋白質，且產量可觀，還進行了蛋白質的分離和純化等，以便以後進行紡絲。下一步工作就是研究如何利用工業發酵的方法大量生產這種細菌或酵母菌，然後把這種類似於蜘蛛絲蛋白的蛋白質分離出來做為紡絲的原料。
第三種途徑：
利用植物來生產蜘蛛絲蛋白。這種方法是將能生產蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給植物，如花生、菸草和土豆等作物，使這些植物能大量生產類似與蜘蛛絲蛋白的蛋白質，然後將蛋白質提取出來作為生產仿蜘蛛絲的原料。如德國植物遺傳與栽培研究所(Institut fur Pflanzengenetik und Kulturpflanzen Forschung Gates Leben)將能複製Nephila clavipes蜘蛛拉索絲的蜘蛛絲蛋白的合成基因移植給菸草和土豆，所培植出的轉基因菸草和土豆含有可觀數量的類似於蜘蛛絲蛋白的蛋白質，90%以上的蛋白質含有420-3600個鹼基對，其基因編碼與蜘蛛絲蛋白相似，這種經基因重組的蜘蛛絲蛋白含於菸草和土豆的葉子中，也含於土豆的塊莖中。由於這種經基因重組的蛋白質有極好的耐熱性，使其提純與精製手續簡單而有效。
展望
這種纖維的呼聲很高，特別是如果能用轉基因的方法從羊奶、牛奶中大量獲得蜘蛛絲蛋白，則這種轉基因仿蜘蛛絲在價格上完全可以和對位芳綸競爭，據說生產這種仿蜘蛛絲的費用可降低到每公斤50美元以下，而蠶絲的平均生產費用也要每公斤26-33美元。
