ITIS评析 http://itisdom.itri.org.tw/itri/itisnews.nsf/kdanatextile/1F681385128FABE548256E2F005BA92A 蜘蛛丝是大自然孕育各类型生命中的奇蹟，其优异的物理性质是一般纤维天然纤维甚至是 合成纤维所无法比拟的，因而引起了世界各国科学家的兴趣与关注。它是多种极其特殊的 氨基酸所构成的蛋白质纤维，具有超强的韧性与抗断裂机能，又同时具有质轻、抗UV与生 物可分解等特点，制成纤维後可应用在科技、国防、医疗等领域。 蜘蛛的构造与进化 在生物学的领域中，蜘蛛是隶属节肢动物门、蛛形纲、蛛形目。实际的种类可能多达7万 种，实际上正式命名的也有3万6千种之多。世上发现最大的南美巨型舞蛛长度可达到25cm ，而最小的帕图迪戈雄蛛仅有0.37cm。不同的蜘蛛，无论其大小与吐出丝的成分都具有明 显的差异。人们平时所见的蜘蛛网其实是来自蜘蛛体内7个不同线体的丝所分泌而成，其 中不同线体的丝，在结网时亦具有不同的功用，例如蜘蛛网的外围圆框架与提供自身活动 的吊曳丝便是出自不同的线体。据文献刊载，早在几亿年前地球就发现蜘蛛的踪迹，进化 至大约四亿年前时才具有造丝的线体，而在2003年8月，瑞士的科学家在一块琥珀中发现 了一束1亿3000万年前的蜘蛛丝，并且还在蜘蛛丝上发现了线体所分泌的黏液。故研判， 有可能那时的蜘蛛才具备结网的能力。 蜘蛛丝的结构 蜘蛛丝的主要成分为蛋白质，和羊毛与蚕丝的构造相似。蚕丝亦是由各种氨基酸所构成的 蛋白质纤维，主要的成分是丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸和酪氨酸等四种氨基酸所组成。丝质 材料的主成分是丙氨酸。不过科学家发现蜘蛛丝是由多种胺基酸组成的，这些胺基酸包括 ：谷氨酸盐、丝氨酸、白氨酸、脯氨酸和酪氨酸等等，大约有17种左右。在物理性质方面 ，蜘蛛丝的密度为1.34左右，和羊毛与蚕丝等蛋白质纤维相近。除了外观闪亮有光泽外， 亦具有抗紫外线与耐热的特性，蚕丝在140℃便会产生黄化的现象，而蜘蛛丝在200℃以下 时则表现出优良的热稳定性，超过300℃时采会呈现黄变的情况。由於蜘蛛丝的构造几乎 全部都是蛋白质，故有生物分解与回收等优点，不会对环境造成污染，且符合可持续发展 的要求。在力学方面，科学家们还对蜘蛛丝的圆周丝的初始模量、应力应变进行了测试。 蜘蛛网圆周丝的初始模量明显高於Nylon6，比起高强力的芳香族聚醯胺纤维低，但圆周丝 在蜘蛛丝中不是强度最好的一种。值得一提的是高强力的芳香族聚醯胺纤维的断裂伸长只 有2.5~3%，而蜘蛛丝是36~50%。因此才具有吸收庞大能量的特性。蜘蛛丝除了拥有耐热的 特性以外，同时亦有极其优异的耐低温性能。据测试，蜘蛛丝在摄氏零下40度时仍具有弹 性，只有在更低的温度下才变硬，故有需求在低温的场合使用时，亦可使用此种纤维。 美国乔治大学昆虫学家罗斯女士曾说，蜘蛛丝是一种超级纤维，在高温与低温时非常稳定 ，在一定条件下甚至还具有导电的性质。某些蜘蛛牵引丝的细度甚至达到「奈米」的等级 ，蜘蛛丝素材绳索强度则是同样粗细钢丝的好几倍。亦有人估算若将蜘蛛丝集中为铅笔般 的粗细，可以拉住一架正在飞行的喷射式客机。 蜘蛛丝的人工生产方式 人们在最初使用养殖蜘蛛时遭遇到障碍是蜘蛛很难养殖，而且在群居时会互相残杀。科学 家们思考应该先研究取得这种类似蜘蛛丝成分的蛋白质，再进行纺丝。研究出蜘蛛丝的制 备方法，长久以来都是科学家的梦想。近年来随着生物技术的发展和科学家对蜘蛛吐丝原 理的深入研究，蜘蛛丝人工生产的方法有了突破性进展。一般说来有以下四种方式： 1. 牛羊乳蜘蛛丝法 加拿大的一家Nexia生技公司已宣布研发成功，办法是运用生物技术将蜘蛛丝的基因注入 母山羊的卵细胞中，这种方式所得到的蜘蛛丝蛋白质纯度可高达70-90％，是世上最先发 展出来的「人工蜘蛛丝」。这种羊奶中含有经基因重组的蛋白质制程纤维後，其强度比 Kevlar高3.5倍左右。 2. 微生物植物吐丝法 此法是将蜘蛛丝基因转移到细菌、酵母或植物上，通过细菌发酵的方法来获得蜘蛛丝的蛋 白质，由纺嘴挤出，即可得到仿蜘蛛丝的丝线。 3. 利用植物来生产蜘蛛丝蛋白质法 此种方法是将能蜘蛛丝蛋白的基因移植给花生、烟草和谷物等植物，使植物能大量生产近 似於蜘蛛丝成分的蛋白质原料。 4. 利用蚕吐蜘蛛丝法 此法亦利用生化技术中的「电穿孔」法，将蜘蛛丝的基因注入蚕卵之中，使养殖出来的家 蚕分泌出含有蜘蛛丝蛋白质的蚕丝。此研究被中国大陆列为重点的研究项目。 结论 蜘蛛丝有吸收巨大能量的能力，同时又有耐高温、低温与抗紫外线的特性，可广泛应用在 军事（防弹衣）、航空航太（结构材料、复合材料和宇航服装）、建筑（桥梁、高层建筑 和民用建筑），加上它又是由蛋白质所组成，和人体有良好的相容性与生物分解性，因而 可用作医疗材料，如人工筋腱、人工韧带、人工器官、医疗缝合线、人工韧带、人工皮肤 等外科植入材料等。 　　可以预期的是，蜘蛛丝是一种新兴的生物纤维材料，有着有惊人的性质，随着现代科 技飞速发展和生物技术的日趋成熟，相信蜘蛛丝的工业生产会在不久的将来得到实现，成 为新的高级材料。 --

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