蜘蛛絲，未來炙手可熱的新材料或應用於醫學

蜘蛛絲是自然界神奇的材料之一，在柔韌度上比尼龍更柔韌，比人的頭髮還要細，就其質量而言，比鋼鐵還要堅固。蜘蛛網和蜘蛛巢穴就是由這種令人難以置信的天然蛋白質織成的，蜘蛛用細線在空中滑翔，以躲避捕食者。現在，科學正在尋求利用蜘蛛絲的特性來提供藥物和治療一些疾病。

幾個世紀以來，人們就知道了蛛絲的藥用價值。古希臘人和羅馬人用蜂蜜和醋清洗傷口，然後用蜘蛛網來止血。

吐絲特寫

人工蜘蛛絲作為新型材料，科學家正在加大研究力度，它的出現可能可以徹底改變工程、紡織和飛機生產，但它作為生物活性材料用於藥物傳遞和組織再生是相對較新的概念。合成絲的特性意味著它足夠堅固和柔韌，可以用於人造韌帶、手術縫合線和用於組織修復的細胞支架。

劍橋大學的研究人員創造了一種新材料，該材料模仿蜘蛛絲的強度，拉伸性和能量吸收能力。這種材料可以改善從自行車頭盔，或者降落傘，再到防彈夾克再到飛機機翼的產品。實驗室製造的纖維是由一種稱為水凝膠的材料製成的，該材料為98％的水以及2％的二氧化矽和纖維素，後兩者用「手銬」分子結合在一起。可以從水凝膠中拉出二氧化矽和纖維素纖維。30秒鐘左右後，水蒸發，僅留下堅韌的可拉伸絲。

拉絲機器正在生產人工蛛絲

但是，為人類生產大量的蜘蛛絲是非常困難的。

蜘蛛是食肉型物種，不能像蠶那樣被飼養。因此，一個德國團隊將蛛形動物的基因拼接到大腸桿菌中，從而產生更有彈性但韌度更小一些的絲纖維。

研究人員現在正利用大腸桿菌產生的絲製造一種可加速組織生長的可生物降解網狀物。用抗生素裝飾這些纖維意味著患者可以得到可控的釋放，以對抗癒合緩慢的傷口的感染。

最奇怪的生產方法無疑是猶他州立大學使用轉基因山羊

它們的基因被改變，使它們可以在它們的奶中產生蛛絲蛋白。劍橋天然材料創新中心的工程師Darshil Shah說：「蜘蛛是有趣的模型，因為它們能夠在室溫下使用水作為溶劑來生產這些優質的絲纖維。」 「這個過程蜘蛛已經發展了數億年，但到目前為止我們還無法複製。」

紡紗是製造合成蜘蛛絲的另一個挑戰

根據蜘蛛使用的腺體和旋轉方式，蜘蛛會自然地產生多達七種不同類型的蜘蛛絲形狀。人類試圖模仿這些過程，包括使用微流體系統操縱蜘蛛絲，結合化學物質使用溼紡絲來製造蜘蛛絲聚合物，以及使用電荷來拉出絲線的靜電紡絲。

在這些過程中，有害的化學物質會使絲質聚合物不能用於醫療產品。但是瑞典一所大學的一個團隊已經創造出了生物活性絲蛋白，他們將液滴放在微型矽柱上，形成了三種不同類型的絲蛋白——用於癌症治療的納米線，用於檢測生物標記的塗層，以及用於促進細胞生長的支架薄片。

來自日本一家致力於可持續製造的研究所的科學家們利用海洋細菌和光合作用創造了一個所謂的微生物細胞工廠。

為了生產他們的合成拖絲，他們對細菌進行了基因改造，使其僅使用海水、鹽、氮氣、酵母和光線就能織成蛛絲。整個過程都是碳中和的，可以生產出大量的碳而不影響環境。

2015年以來，Spiber與日本領先的運動服裝製造商合作，使用其合成的基於蜘蛛絲的服裝Qmonos開發了帶帽運動衫

牽引絲是另一項突破性醫療技術——生物烯的組成部分，可用於人體成像。研究人員從一種叫做長腿蛛的蜘蛛身上收集了蛛絲，並用樹脂處理。當樹脂附著在纖維上時，就形成了一個高精度的光學透鏡。在未來，這項技術可能被用於實現生物組織和人體內部的高解析度成像。