ITIS評析 http://itisdom.itri.org.tw/itri/itisnews.nsf/kdanatextile/1F681385128FABE548256E2F005BA92A 蜘蛛絲是大自然孕育各類型生命中的奇蹟，其優異的物理性質是一般纖維天然纖維甚至是 合成纖維所無法比擬的，因而引起了世界各國科學家的興趣與關注。它是多種極其特殊的 氨基酸所構成的蛋白質纖維，具有超強的韌性與抗斷裂機能，又同時具有質輕、抗UV與生 物可分解等特點，製成纖維後可應用在科技、國防、醫療等領域。 蜘蛛的構造與進化 在生物學的領域中，蜘蛛是隸屬節肢動物門、蛛形綱、蛛形目。實際的種類可能多達7萬 種，實際上正式命名的也有3萬6千種之多。世上發現最大的南美巨型舞蛛長度可達到25cm ，而最小的帕圖迪戈雄蛛僅有0.37cm。不同的蜘蛛，無論其大小與吐出絲的成分都具有明 顯的差異。人們平時所見的蜘蛛網其實是來自蜘蛛體內7個不同線體的絲所分泌而成，其 中不同線體的絲，在結網時亦具有不同的功用，例如蜘蛛網的外圍圓框架與提供自身活動 的吊曳絲便是出自不同的線體。據文獻刊載，早在幾億年前地球就發現蜘蛛的蹤跡，進化 至大約四億年前時才具有造絲的線體，而在2003年8月，瑞士的科學家在一塊琥珀中發現 了一束1億3000萬年前的蜘蛛絲，並且還在蜘蛛絲上發現了線體所分泌的黏液。故研判， 有可能那時的蜘蛛才具備結網的能力。 蜘蛛絲的結構 蜘蛛絲的主要成分為蛋白質，和羊毛與蠶絲的構造相似。蠶絲亦是由各種氨基酸所構成的 蛋白質纖維，主要的成分是丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸和酪氨酸等四種氨基酸所組成。絲質 材料的主成分是丙氨酸。不過科學家發現蜘蛛絲是由多種胺基酸組成的，這些胺基酸包括 ：谷氨酸鹽、絲氨酸、白氨酸、脯氨酸和酪氨酸等等，大約有17種左右。在物理性質方面 ，蜘蛛絲的密度為1.34左右，和羊毛與蠶絲等蛋白質纖維相近。除了外觀閃亮有光澤外， 亦具有抗紫外線與耐熱的特性，蠶絲在140℃便會產生黃化的現象，而蜘蛛絲在200℃以下 時則表現出優良的熱穩定性，超過300℃時採會呈現黃變的情況。由於蜘蛛絲的構造幾乎 全部都是蛋白質，故有生物分解與回收等優點，不會對環境造成污染，且符合可持續發展 的要求。在力學方面，科學家們還對蜘蛛絲的圓周絲的初始模量、應力應變進行了測試。 蜘蛛網圓周絲的初始模量明顯高於Nylon6，比起高強力的芳香族聚醯胺纖維低，但圓周絲 在蜘蛛絲中不是強度最好的一種。值得一提的是高強力的芳香族聚醯胺纖維的斷裂伸長只 有2.5~3%，而蜘蛛絲是36~50%。因此才具有吸收龐大能量的特性。蜘蛛絲除了擁有耐熱的 特性以外，同時亦有極其優異的耐低溫性能。據測試，蜘蛛絲在攝氏零下40度時仍具有彈 性，只有在更低的溫度下才變硬，故有需求在低溫的場合使用時，亦可使用此種纖維。 美國喬治大學昆蟲學家羅斯女士曾說，蜘蛛絲是一種超級纖維，在高溫與低溫時非常穩定 ，在一定條件下甚至還具有導電的性質。某些蜘蛛牽引絲的細度甚至達到「奈米」的等級 ，蜘蛛絲素材繩索強度則是同樣粗細鋼絲的好幾倍。亦有人估算若將蜘蛛絲集中為鉛筆般 的粗細，可以拉住一架正在飛行的噴射式客機。 蜘蛛絲的人工生產方式 人們在最初使用養殖蜘蛛時遭遇到障礙是蜘蛛很難養殖，而且在群居時會互相殘殺。科學 家們思考應該先研究取得這種類似蜘蛛絲成分的蛋白質，再進行紡絲。研究出蜘蛛絲的製 備方法，長久以來都是科學家的夢想。近年來隨著生物技術的發展和科學家對蜘蛛吐絲原 理的深入研究，蜘蛛絲人工生產的方法有了突破性進展。一般說來有以下四種方式： 1. 牛羊乳蜘蛛絲法 加拿大的一家Nexia生技公司已宣佈研發成功，辦法是運用生物技術將蜘蛛絲的基因注入 母山羊的卵細胞中，這種方式所得到的蜘蛛絲蛋白質純度可高達70-90％，是世上最先發 展出來的「人工蜘蛛絲」。這種羊奶中含有經基因重組的蛋白質製程纖維後，其強度比 Kevlar高3.5倍左右。 2. 微生物植物吐絲法 此法是將蜘蛛絲基因轉移到細菌、酵母或植物上，通過細菌發酵的方法來獲得蜘蛛絲的蛋 白質，由紡嘴擠出，即可得到仿蜘蛛絲的絲線。 3. 利用植物來生產蜘蛛絲蛋白質法 此種方法是將能蜘蛛絲蛋白的基因移植給花生、煙草和穀物等植物，使植物能大量生產近 似於蜘蛛絲成分的蛋白質原料。 4. 利用蠶吐蜘蛛絲法 此法亦利用生化技術中的「電穿孔」法，將蜘蛛絲的基因注入蠶卵之中，使養殖出來的家 蠶分泌出含有蜘蛛絲蛋白質的蠶絲。此研究被中國大陸列為重點的研究項目。 結論 蜘蛛絲有吸收巨大能量的能力，同時又有耐高溫、低溫與抗紫外線的特性，可廣泛應用在 軍事（防彈衣）、航空航太（結構材料、複合材料和宇航服裝）、建築（橋樑、高層建築 和民用建築），加上它又是由蛋白質所組成，和人體有良好的相容性與生物分解性，因而 可用作醫療材料，如人工筋腱、人工韌帶、人工器官、醫療縫合線、人工韌帶、人工皮膚 等外科植入材料等。 　　可以預期的是，蜘蛛絲是一種新興的生物纖維材料，有著有驚人的性質，隨著現代科 技飛速發展和生物技術的日趨成熟，相信蜘蛛絲的工業生產會在不久的將來得到實現，成 為新的高級材料。 --

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