蜘蛛絲（spider silk）具有很強(qiáng)的機(jī)械性能和延展性能，是一種非常堅(jiān)韌的明星材料,，并且環(huán)保易降解,，可以再生利用,。不過，想通過高密度養(yǎng)殖蜘蛛來收集蜘蛛絲是不現(xiàn)實(shí)的,，因?yàn)橹┲胪愔g也會(huì)互相攻擊,，很難高密度飼養(yǎng)。即便能夠解決飼養(yǎng)問題,，一種蜘蛛可以分泌很多種蛛絲,，性能不同，要想實(shí)現(xiàn)單一種類蛛絲收集非常困難,。

正因如此,，人造蜘蛛絲在高水平期刊中的出鏡率相當(dāng)高，概括來說,，研究主要集中在蜘蛛絲結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,、應(yīng)用創(chuàng)新以及如何制備人造蛛絲。想象一下,，如果能夠量產(chǎn)蜘蛛絲，那么就有希望替代目前的化石來源材料,，在紡織,、汽車、建筑,、軍事等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用,，為社會(huì)帶來一場(chǎng)深刻的變革。

蜘蛛絲的結(jié)構(gòu)（來源：Scientific American）

自然界里的蜘蛛絲

自然界中,，蜘蛛體內(nèi)的蜘蛛絲以液態(tài)的“絲液”形式存在,，富含各種不同的氨基酸。其中最主要的氨基酸單元為甘氨酸與丙氨酸,，其他次要成分則有谷氨酸,、絲氨酸、亮氨酸,、纈氨酸,、脯氨酸、酪氨酸以及精氨酸,?！敖z液”透過蜘蛛腹部各種絲腺的擠壓形成蜘蛛絲，這就是一個(gè)拉絲的過程,。大部分蜘蛛都可以拉出數(shù)種不同的蛛絲用于結(jié)網(wǎng),、捕食、纏繭等不同的用途,。也就是說,，蜘蛛絲的組成,、結(jié)構(gòu)與性能受紡絲時(shí)的瞬時(shí)環(huán)境及絲功能的影響。

蜘蛛在拉絲的過程中,，部分蜘蛛絲蛋白形成了結(jié)晶形態(tài),，部分則形成非晶型態(tài)。前者增加了蜘蛛絲的強(qiáng)度,，后者則增加了蜘蛛絲的延展性,。而在常見的材料中，強(qiáng)度和延展性常常是不可兼得的,。這種獨(dú)特的二級(jí)結(jié)構(gòu)使蜘蛛絲具有超強(qiáng)的韌性,，使包括凱夫拉（制作防彈背心的材料）在內(nèi)的所有人造纖維、橡膠均相形見絀,。

SPCH自組裝（來源：Proceedings of the National Academy of Sciences）

新型高強(qiáng)度人工蛛絲

近期,，人造蜘蛛絲領(lǐng)域的前沿團(tuán)隊(duì)，劍橋大學(xué)Oren A. Schermana課題組設(shè)計(jì)了一種制備人造蛛絲的新方法,。相比此前制作合成蛛絲的普遍做法,，該方法不涉及高成本的微生物合成，不需要高耗能過程,，也不使用大量的有害溶劑,，還能夠大大改進(jìn)制作各種合成纖維的方法。課題組設(shè)計(jì)的這種人造蛛絲是由水凝膠材料“紡”成的,，該材料中98%的成分都是超分子聚合物膠體水凝膠（SPCH）,，剩下的2%則是官能化聚合物接枝的二氧化硅納米顆粒和半結(jié)晶羥乙基纖維素，由一種叫瓜環(huán)的管狀分子“手銬”網(wǎng)絡(luò)聚合起來,。經(jīng)過多次水性自組裝長(zhǎng)度縮放,，SPCH分子間相互作用，從水凝膠中拉出的長(zhǎng)纖維組成了極細(xì)的長(zhǎng)線,，其直徑僅為一米的數(shù)百萬分之一,。大約30秒后，其中的水分蒸發(fā),，剩下了剛度和高阻尼能力（60-70％）的強(qiáng)韌纖維,。

這種纖維的強(qiáng)度不如最強(qiáng)韌的蛛絲，但仍能承受100到150兆帕的壓力,，強(qiáng)度超過了其他合成纖維（如以纖維素為基礎(chǔ)的粘膠纖維和人造絲）,，以及人類和動(dòng)物毛發(fā)這樣的天然纖維。除了強(qiáng)度較高,，這種纖維還有很好的阻尼性能,，類似蹦極繩索?？蒲腥藛T測(cè)試發(fā)現(xiàn),，這種纖維的阻尼性能在某些情況下甚至超過了天然絲,。而這種制備蛛絲纖維的方法最大的優(yōu)勢(shì)是無毒，而且制造時(shí)耗能較少,。這種纖維在室溫下就能自我組裝,，并由超分子主-客體化學(xué)過程聚合在一起，這種過程依靠力而不是共價(jià)鍵的作用,。

論文鏈接：http://www./content/early/2017/07/05/1705380114.full?sid=a791fbb5-e137-48bd-a822-a342d366f122