蜘蛛絲,取代塑料的環保「神器」

2020-12-01 大科技雜誌社

劫「塑」難逃?

這是2100年的世界,陸地上常年覆蓋著一層白茫茫雪花狀的物質,每隔百米還有一座座「雪山」,這是我們的祖先留給我們的最豐富的「遺產」——塑料。不僅如此,如果我們出海,還會時不時陷入「海洋垃圾帶」,這裡充斥著無數的洗髮水瓶蓋、肥皂液瓶、塑膠袋和釣魚浮標。

我們餐桌上的動物體內時不時會發現塑料殘骸,但是我們不會再大驚小怪,因為我們的體檢報告上也經常出現一個叫「肉芽腫」的名詞,這是微塑料通過空氣、飲用水和食物等進入我們體內,無法被消化而形成的腫塊,肉芽腫多了可能會發展成癌症吧,但是我們沒有人在乎了,反正人人體內都有,反正我們不知道什麼時候就會被這一堆該死的白色廢物給徹底埋葬。

以上不是虛構,是已經發生的事實。塑料被生產出來的時候我們誰都沒有想過未來會變成一場災難,每個人都因塑料的廉價便捷而歡欣鼓舞,我們已經無法再去適應沒有塑料的生活。可是不僅塑料的生產過程會汙染環境,高溫環境下使用時也會危害人體,廢棄塑料更是難以降解,遺害無窮。

有研究報告顯示,自塑料工業化生產以來,總共生產了83億噸塑料製品,其中約63億噸已成為塑料垃圾,而63億噸中只有9%被回收利用,餘下的或焚燒或掩埋,它們對土壤、海洋、大氣和其中的生物的影響可謂是「全面覆蓋」,生物們通通難逃毒手。

如果塑料的濫用再得不到控制,塑料再找不到更好的替代品,地球生物被「白色廢物」埋葬的未來將不遙遠。

劫「塑」可逃?

好消息是我們已經認識到塑料的危害了,世界各國都已經出臺了多種形式的「禁塑令」。但是在「禁塑」的同時,尋找環保的材料取代塑料在生活中方方面面的使用,更是當務之急。

最早的思路是生產可以被降解的塑料,這些塑料現在也已經在很多領域使用了,化學合成的降解快的聚己內酯、玉米等穀物發酵產生的聚乳酸、細菌以糖為原料生產的聚羥基脂肪酸酯等,這些塑料被製成手術縫合線、食品包裝和容器、汽車零部件等,它們比起前輩們——聚苯乙烯等製成的塑料,最大的優勢就是降解速度大大提高了,少則一月,多則兩月,它們就可以被完全分解。

其他可以取代塑料的材料也在不斷被發現,德國研究員發明的液體木材就是其中之一。液體木材是變廢為寶的代表,它的主要成分是木質素,木質素是木材的成分之一。在造紙工業中,木質素是不需要的廢料。作物的秸稈、果樹的枯木等也富含木質素,將這些木質素和亞麻、蠟等添加劑製成的天然纖維混合,就可以做出看上去與塑料十分像,還具有木材特性的液體木材。液體木材可像塑料一樣成型加工,可廣泛替代木材、塑料應用於建築、汽車、裝飾、園林等行業,它是由可生物降解的材料製成的,還可以重新加工、循環使用達十次以上。

蜘蛛俠大展身手!

上述類似塑料的材料仍需工業加工,在生產的過程中不可避免的還是會造成大氣汙染和水汙染,真正環保、親近自然的還是生物材料,實驗室裡的科學家把眼光首先投向了蜘蛛,畢竟蜘蛛絲的堅韌程度已經被多個實驗所證實,它比相同粗細的鋼筋還結實,美國實驗室甚至用蜘蛛絲取代了凱夫拉(美軍常用的一種防護材料)製造了防彈衣。由此可見,蜘蛛絲取代塑料製成容器、家具、交通工具完全沒有問題。

我們可以收集蠶吐的絲來製成衣物,那能不能餵養蜘蛛,收集蛛絲呢?這個想法很快化成泡影,因為蜘蛛可不像春蠶一樣溫和無害,在多隻蜘蛛共存時,它們總是以互相搏鬥並吃掉對方而收場。那麼蜘蛛絲的成分是什麼,能不能讓其他生物吐出蜘蛛絲?

蜘蛛絲是主要由甘氨酸、丙氨酸和絲氨酸組成的蛋白質鏈,科學家們經過數年的研究,掌握了蜘蛛體內吐絲的基因,他們把這些基因分別轉到山羊、春蠶甚至細菌體內,滿心以為這樣可以收穫大把的蛛絲,卻想不到這只是問題的開始。山羊產的蛛絲在羊奶中,想獲得固體的蛛絲,要把羊奶中的蜘蛛絲蛋白精煉出來,紡成人造蜘蛛絲,成本很高;而轉基因蠶吐出的蛛絲性能強於正常的蠶絲,但比起真正的蜘蛛絲還差很遠,並且它們的價格遠不是普通人所能承受的;細菌體內倒是富含絲蛋白,但是要先分離細菌,破壞細菌的身體讓它釋放絲蛋白,再純化蛋白,最後添加粘合劑才能製成纖維,工藝非常複雜。

為什麼蜘蛛絲由蜘蛛吐出來如此輕而易舉,其他動物吐出來的卻似絲非絲呢?也許我們一開始就跑偏了,只了解蜘蛛絲的成分是不夠的,蜘蛛吐絲的結構也需要更深入地了解,這樣才能得到堅韌的蜘蛛絲。

在蜘蛛吐絲前、蜘蛛織絲中和蜘蛛吐絲後的各個過程中,解剖這些處於不同過程的蜘蛛,用電子顯微鏡來拍攝這些過程中蜘蛛的腺體如何儲存蛋白質分子,織絲的過程中如何排列這些蛋白質分子,將它們織成纖維絲,吐絲時如何乾燥這些纖維使它們更加堅韌,拍攝一部蜘蛛這個巧婦如何織出神奇的鋼絲的視頻,是目前研究蜘蛛吐絲的科學家的思路,科學家現在正在試圖解決這些問題。

我們期待通過他們的努力,可以早日獲得廉價實用的蜘蛛絲,這樣取代塑料將邁出有力的一步。

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