仿蜘蛛丝 超高强度的天然丝

只有头发十分之一细的蜘蛛丝，断裂强度1.3GPa，与典型的高强度钢1.3GPa 相当，但密度却小得多，伸长率40%，其弹性为尼龙的三倍，因而享有“生物钢”、“超级纤维的美誉”。我国台湾学者形容“如果将蛛丝直径增加到1cm，即可拦截天上正在飞行、载运三百人的波音747飞机”。蛛丝的强度及晶体特性，无论是国防、医学、工业或研究上，都引起了学者专家的兴趣。美国太空总署正利用蛛丝晶体结构，着手研究从太空到地球建立“天梯”计划，将满足人们方便上太空旅游的梦想。有关蛛丝强度的研究，经过辐射X射线衍射后 发现，一条蛛丝上同时拥有两种蛋白纳米晶体，一种是排列整齐的结晶，另一种是不规则的混乱结晶，两者相互缠绕成世界最强的纤维，研究人员不得不佩服一根细细的蛛丝，竟然蕴藏着 大千世界无穷奥妙。
　　对于能够吐丝的生物，人们研究最多的除了蜘蛛，还有就是桑蚕。动物丝的主要成分均是 纯度很高的丝蛋白。尽管不同动物丝蛋白的氨基酸组成会有所差异，但却都能够在常温下通过 动物独特的纺器使用很小的力纺出，“迅速地”从溶胶状的水溶性蛋白质变为非水溶性蛋白质， 并形成力学性能非常优异的丝纤维。而工业上要制造高性能纤维，则必须在高温或苛刻的溶剂条件下纺丝，经高倍拉伸才能或获得。因此多年来人们一直热衷于研究并模仿蝴蛛和桑蚕的纺丝过程。
　　1991年Chistopher Viney在Nature上首先报道，在蝴蛛丝和蚕丝的纺丝过程中会出现液晶现象，并提出形成液晶的机理。此后又有不少研究，尽管对于液晶在体内形成的部位以及构 象转变条件有不同观点，但一致认为在腺体内丝素蛋白分子链呈无规线团状（溶于水），而从纺器出来时在压力下已形成了P片晶（不溶于水），呈各向异性。