蜘蛛丝

蜘蛛丝是在纤维在国防、军事(防弹衣)、建筑等领域具有广阔应用前景的蜘蛛分泌的一种纤维人类利用蜘蛛丝始于1909年，在第二次世界大战时蜘蛛丝曾被用作望远镜、枪炮的瞄准系统中光学装置的十字准线，但对蜘蛛丝结构和性能了解甚少。到了20世纪90年代后开始对蜘蛛丝蛋白基因组成、结构形态、力学性能等有了深人研究，为蜘蛛丝商业化生产提供了可能性。蜘蛛丝的物理性质？我们一起往下看。

蜘蛛丝的物理性质

蛛丝的物理性质

粗丝直径0.93~1.4μm,细丝直径0.56μm

蛋白丝(蚕丝、蜘蛛丝)用作医用生物材料的研究

蜘蛛的种类很多，蛛网的网型区别很大。蛛丝的直径有明显差别。蛛网由三种蛛丝组成：框架丝，径向幅丝，螺旋形环向丝。前两种丝是蛛网的骨架丝，直径较粗，强度较高;螺旋丝直径较细，强度稍低，外包粘液，粘液含水量达80%，含有丰富的氨基酸。一般骨架丝的直径在 1μm以上，环向丝直径约0.6μm。有时为增加强度，蜘蛛来回纺丝形成5~10根蛛丝一股。按文献提供的寻常庭院蛛丝实验结果：粗丝直径 0.93~1.4μm,细丝直径0.56μm，断裂时伸长126~146%，拉伸强度为717.5~1490MN/m2, 最终弹性模量2175~3725MN/m2,断裂功93.3~298MJ/cm2。微镜显示：蛛丝中分子排列紧密有序呈晶体状，类似金属的晶体化组织，有些断面分子排列类似橡胶的分子组织结构，这些断面交替出现，这是蛛丝具有高强度和高弹性和高韧性的根本原因。蛛丝的韧性度很高，铅笔芯粗的蛛丝足以支撑一艘万吨级的远洋货轮，是钢的10倍。

蛛丝与蚕丝比较

蚕丝的不足之处是强度不够高和弹性性能有限。蛛丝的强度和弹性比蚕丝高很多，它是目前已知的天然动物纤维丝中强度和弹性最高的一种蛋白纤维。蛛丝的延伸度可以达到130%而不断裂。同时它还具有耐湿性和耐低温性能，蛛丝在零下50°~60°C的低温下仍能保持高弹性和防菌防霉的特性。目前，蛛丝已经是制造轻质防弹衣和航空陀螺仪悬线的最好材料。

药用价值

早在李时珍的《本草纲目》中就记载了蜘蛛具有治疗疮肿、脱肛等疾病的医疗价值。在80年代后，中国动物学会成立了“蛛行学专业委员会”，白求恩医科大学进行了有关蜘蛛医用价值的研究。目前有关蛛丝的医用研究正在迅速开展之中。

蜘蛛丝的优势

蜘蛛丝的理化性质与蚕丝相比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝纤维与强度最高的碳纤维及高强合纤Aramid、Kelve，等强度相接近，但它的韧性明显优于上述几种纤维。因此，蜘蛛丝纤维在国防、军事(防弹衣)、建筑等领域具有广阔应用前景。天然蜘蛛丝主要来源于结网，产量非常低，而且蜘蛛具有同类相食的个性，无法像家蚕一样高密度养� �。所以要从天然蜘蛛中取得蛛丝产量很有限。随着现代生物工程发展，用基因工程手段人工合成蜘蛛丝蛋白是一种新突破，不久有可能形成具有一定规模的人工蜘蛛丝纤维生产厂。

蜘蛛丝强度强于六倍钢

蜘蛛丝是最坚韧的天然生物聚合物。它的强度是钢的6倍，并且在零下60℃仍保持良好的弹性。蜘蛛丝内还含有防腐物质，可使蜘蛛丝久储不霉。假如能得到大量的蜘蛛丝，就能生产出既柔软又具有很大强度的“生物钢”来。这种“生物钢”可以制造防弹背心、降落伞及飞机、坦克、雷达、卫星等武器;还可以制造高强度防护服、体育器械、人造骨骼、车轮外胎、高强度鱼网等。用蜘蛛丝制造的人工关节韧带、人工肌腱等医用设备和人体组织几乎不会产生排斥反应。总之，蜘蛛丝制成的“生物钢”可广泛应用于现代纺织、军事、医疗等各个领域，成为新一代高级生物材料。

人类想利用蜘蛛丝的愿望由来已久。最初人们曾用收集大批蜘蛛的方法，剖开蜘蛛的肚子取出丝液，再用人工方法纺成丝。但这种方法的代价太大了，取得1磅的蛛丝，就要捕捉60多万只蜘蛛。

由于蜘蛛丝产生的过程很复杂，人类至今还没能仿制出能生产人造蜘蛛丝的材料。

随着生物技术的发展，科学家们终于能够利用转基因的方法来获取蜘蛛素蛋白质。据悉，美国生物学家已用把蜘蛛基因植入酵母菌细胞内的方法，使酵母菌生产出了蜘蛛蛋白：加拿大科学家进行着将蜘蛛基因植入山羊体内，再从这些转基因山羊的奶中提取蜘蛛素蛋白质的试验;德国科学家将蜘蛛基因植入土豆和烟草等植物中，使植株内蛋白质中的蜘蛛丝蛋白含量超过了2%。可以肯定，随着科学的进步，人类一定能掌握大规模制造蜘蛛蛋白质的技术，蜘蛛丝造福人类的日子将不会太远。

蜘蛛丝制造金缕衣

像鸟羽和珍珠一样，蜘蛛丝也是大自然的奇迹，泛着光泽富于弹性，而且非常轻盈，几千米长的蜘蛛丝重量不过一克，其神奇之处还不仅仅如此。蜘蛛丝在蜘蛛体内的时候是一种液体，但是吐出来之后就成了不溶性的固体。虽然看上去蜘蛛网一捅就破，但是蛛丝非常坚硬，几乎和芳纶(防弹衣的主要材料)一样强劲，比钢铁要硬，其延展性比芳纶更好，所以在微风中蛛网不会被吹破，能够伸长原长的40%。

既然蜘蛛丝具有如此非凡的特性，那蜘蛛丝制作的衣服会不会让穿着的人具有蜘蛛侠般的本事呢?这个疑问你可以到英国伦敦的维多利亚与亚伯特博物馆找到答案。集结了非洲马达加斯加山区200多万只蜘蛛的丝，80名工人，耗资5年的时间制作完成的蜘蛛丝斗篷，2012年1月25起在伦敦展出。

现代奇迹

在一切快速消费的今天，花费5年的时间来制作一件不能穿的披� ��，肯定会被认为是疯了。不过这就是纺织品设计师西蒙·皮尔斯(Simon Peers) 和企业家尼古拉斯·葛德利(Nicholas Godley )一起做的事。两人自2004年起一起在马达加斯加收集蜘蛛丝，并把它们织成布，做成了这件不寻常的衣服。

这件蜘蛛丝制作的金缕衣2009年在纽约的美国自然历史博物馆首次展出时，引起轰动，创造了展览参观人数的新纪录。网上的讨论非常热烈，就此出现了相关的博客和论坛，参与讨论的不单有科学家和艺术品收藏家，科幻爱好者更加痴迷，谈论这种织物可不可以防弹，穿上可不可以变成蜘蛛侠等等。

在美国自然历史博物馆的展览时，侧重的焦点在蜘蛛和它的丝。2011年6月到11月在芝加哥的展览则侧重马达加斯加传统纺织工艺。如今这件蜘蛛丝斗篷正在伦敦维多利亚和阿尔伯特博物馆展出。该展览通过书籍、插图和照片展示了人类生产利用蜘蛛丝的历史。自18世纪，纺织品生产商就寻找能够代替蚕丝的替代品。因为生产过程过于复杂，蜘蛛丝织物一直处于试验阶段，成品非常稀少，最出名的蜘蛛丝织物是一套床帏，曾经在1900年的巴黎世界博览会上展出。该床帏后来下落不明。

作为纺织品设计师，在马达加斯加生活了20多年的皮尔斯非常关注当地传统的纺织工艺，他偶然看到19世纪的法国传教士在马达加斯加岛上用蜘蛛丝生产织物的记载。被这些神奇的故事所吸引，皮尔斯复制了类似的抽取蜘蛛丝的机器。葛德利在皮尔斯的办公室里看到了古老的“给蜘蛛挤丝”的机器之后，鼓动皮尔斯再现传奇。于是两人决定收集蜘蛛丝。

两人知道需要雌性大金蛛(golden orb-weaver spider)吐的丝，这种蜘蛛在马达加斯加很常见，以它们独特的金色蛛丝和精巧的蛛网闻名于世。一开始他们想驯养大金蛛，但是蜘蛛同类相食，如果养在一起，一天之内,数目就会从500降到50，所以采用的办法是每天早晨工人们就去捉蜘蛛，然后给蜘蛛“挤丝”，吐完丝之后，这些蜘蛛又被放归野外。大约经过一个星期，它们又能重新产丝，因此有些蜘蛛会被重复利用多次。由于这种蜘蛛只能在当地的雨季产丝，所以收集蜘蛛的工作必须集中在10月至次年6月间完成。收集蛛丝就是这样一种繁琐的劳动密集型的工作。

24股蜘蛛丝才能合成适合纺织的蜘蛛线。200多万只蜘蛛吐的丝才织成这件展品，人们早就知道蜘蛛丝的物理性能，硬度是钢铁的6倍，令人吃惊的延展性。但这件珍品最令人吃惊的是它的美丽，整件织物散发出黄金一样的光芒，非常轻盈，摸上去稍微有点粘性，就像蜘蛛网一样。

这件金缕衣是真正的艺术品，披风的形制灵感来自19世纪梅里纳人的服装，梅里纳人是来自马达加斯加高原的贵族阶层。披风上的花纹是手工刺绣，图案有可爱的蜘蛛、花朵和看起来像蛛网的扣子。表达出了我们对于蜘蛛的矛盾观点：一方面它们是噩梦和恐怖电影的主角，另一方面人们欣赏蜘蛛网的诗意和美丽。

� �为一件艺术品，蜘蛛丝披风从来不是为了实用而生产的，它不能清洁，遇水会收缩，但是正如皮尔斯所说，在一个所有事情前人都已经做过了的时代，我们想创造一个奇迹，让人惊叹的奇迹。

蜘蛛丝利用史

皮尔斯说利用蜘蛛丝制作衣服在马达加斯加当地至少有三百年的历史。所罗门群岛的人们用竹枝从树上取下蜘蛛网，用蛛丝制作面罩作为仪式用品。在马达加斯加，一个法国殖民地行政官创建了一个奇妙的装置来抽取蛛丝。在十九世纪末期，甚至有一所大学培训蛛丝纺织者，但是后来由于许多困难和巨额花费导致这个行业走向灭亡。

不止在马达加斯加，世界各地不同的文明都试图利用蜘蛛丝。古代希腊人用蛛网来止血。澳大利亚土著用热带蜘蛛的丝做鱼线，小鱼一咬垂入水中的蜘蛛就会被蛛丝黏住。新几内亚的土著用蜘蛛丝来制作渔网、头饰和包。中国云南地区的少数民族苦聪人过去用蜘蛛丝做衣服穿。苦聪人只挑俗称大花蜘蛛的 “棒络新妇”，这种蜘蛛最大的特点是，它的网结得很大，而且它的丝是呈金黄色，它所结成的网，最大直径可以达到两米左右。

欧洲人对蛛丝同样痴迷。法国博物学家列奥米尔(René Antoine Ferchault de Réaumur，最著名的作品是《昆虫历史纪念文集》)提到了蜘蛛丝的用途。在1709年，法国政府委托他寻找蜘蛛丝的使用方法。他努力收集蜘蛛丝，试图编织成袜子和手套，但是他的收集远远不能达到纺织的要求。到了18世纪末期，另外一个法国人希莱尔(Bon de Saint-Hilaire)试着去养殖蜘蛛，不过他的收获的是发现，不像蚕，蜘蛛不能密集饲养。

收集蜘蛛丝需要一种能够把蜘蛛固定住的装置，一个英国发明家丹尼尔·若特(Daniel Rolt)发明了一种带卷轴的收集蜘蛛丝的装置，1830年获得了英国艺术协会颁发的银质奖章，据说这个装置能够在两小时内从24只蜘蛛收集到18000米长的丝。

美国医生伯特·怀尔德(Burt G. Wilder)也对蜘蛛丝的实际应用发起了挑战，在1866年和1873年之间，怀尔德在美国科学促进会、波士顿自然科学促进会和《大西洋月刊》上发表了一系列的论文，怀尔德制作的装置类似当地固定罪犯的夹子，用它固定了蜘蛛之后，可以从其腹部抽丝，怀尔德从一只特别合作的蜘蛛抽取了150码的丝，就此怀尔德推算，5000只蜘蛛的丝就可以做一身衣服。

到了第二次世界大战的时候，蜘蛛丝已经广泛用于光学仪器，比如显微镜和望远镜，还有各种枪炮武器中作为牵引线使用。因为蜘蛛丝非常细，今天，有些部队还会随军带着黑寡妇蜘蛛用它们的丝来修复老旧装置的牵引线。不过大部分蜘蛛丝已经被各种合金丝所代替了。

如今，蜘蛛丝引起了各个领域专家的兴趣，包括遗传学家、生物化学家和材料学家，都在寻找蜘蛛丝在医学和军事领域的可能用途，包括人造肌腱、手术线和防弹衣。

很久以来人类就梦想能够利用比蚕丝更加神奇的蜘蛛丝，但问题是不像蚕宝宝只要有桑叶吃就会乖乖 地在封闭的空间内吐丝，蜘蛛非常具有攻击性，它们会吃掉同类。现在的事实表明，养殖蜘蛛，抽取蜘蛛丝与蚕丝竞争是不现实的。

人造蜘蛛丝和真的蜘蛛丝的区别

目前的人造蜘蛛丝都是通过讲蜘蛛的基因进行改造之后，放在不同的生命体中表达蛛丝蛋白(例如大肠杆菌，蚕，羊等)，再进一步提纯。成分虽然略有区别 (Nter--(RP)*n--Cter)，且强度什么的和天然蛛丝比起来也有不小的差距，但是这并不重要。人工蜘蛛丝比真•蜘蛛丝的优点在于，可以以液态的形式储存蜘蛛丝蛋白。

可记得amazing spider-man 里，尽管 Peter Parker惊人的弹跳力是通过被变异咬了一口获得，但是蛛丝前体却是放在了一个手表似的装置里面，随用随生成固体丝。电影看到这一段时同事们十分激动，因为这和目前实验室制备的蜘蛛丝和十分类似。

液态的蛛丝蛋白，给人造蜘蛛丝未来的形态和应用创造了多种可能，不仅限于又粘又弹的蛛丝。在研究中的功能比如生物支架，材料有柔性且可降解，比如有的组就把液态蛛丝蛋白打成泡，干了以后是一堆囊泡在一起，上面若是再附着一层细胞，你看像不像肺脏?医药层面上的研究还有药物传递等，类似GST-tag的可溶性tag，;将酶附着在蛛丝蛋白的材料上，用完了之后捞起来，易回收又能反复利用，从此做western blot再也不用怕老板说你浪费了。更多应用，等待大家的脑洞……

虽然说到的可能的应用都还在研究中，但是指不定哪天你就可以在淘宝买到Peter Parker的吐丝腕表了，比apple watch可是炫酷多了