蜘蛛絲
關注創建者：憤怒的小雞 創建時間：2018-12-11
蜘蛛絲的實例教程
Spiber公司希望，這些合成絲能被紡成防寒大衣和座椅面料
對于蜘蛛絲的吹捧自18世紀10年代便開始了。當時，位于蒙彼利埃的法國皇家科學學會主席Fran?ois Xavier Bon de Saint Hilaire在給同事的信中寫道：“你將非常吃驚地聽到，蜘蛛產生的絲和普通絲綢一樣美麗、結實和光滑。”現代的吹捧則宣稱，蜘蛛絲的強韌程度是鋼鐵的5倍，但仍然比橡膠靈活。如果它能被制成繩子，那么一張大尺度的網將能套住一架噴氣客機。
關鍵詞是“如果”。研究人員在1990年首次克龍出蜘蛛絲基因，以期將其植入其他生物體來生產絲。蜘蛛無法像蠶一樣被養殖，因為它們具有地盤性，并且會同類相食。如今，大腸桿菌、酵母菌、植物、蠶甚至山羊都能通過基因改造大量產出蜘蛛絲蛋白，盡管這些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更簡單。公司已成功地將這些蛋白轉入強韌程度足夠高的線中，從而產生一些服裝原型，包括阿迪達斯公司的跑鞋和北臉公司的輕便大衣。不過，迄今為止，公司仍在為大規模生產此類服裝努力。
一些管理人員表示，他們最終可能會改變策略。位于美國加州愛莫利維爾的初創公司Bolt Threads表示，其已經完善了在酵母菌中生長蜘蛛絲蛋白的方法并且每年有望產出數噸蜘蛛絲線。在密歇根州蘭辛市，Kraig Biocraft實驗室表示，其僅需要同越南的養蠶場進行最終談判，便能制造出大量的蜘蛛絲和蠶絲混合物。目前，美國軍方正在測試將其用于彈道學保護。“自上世紀90年代起，該領域取得了巨大進展。而當時，無論是在功能規模，還是商業規模上，大規模產出蜘蛛絲似乎都是遙不可及的。”瑞典皇家理工學院生物化學家My Hedhammar表示。
然而，很多生物技術和研究觀察者對大規模生產蜘蛛絲繩子和纖維的前景持謹慎態度。“目前，該領域尚未進展到這一步。”
展開 據外媒Fastcompany消息，人造蜘蛛絲這種創新材料由于重量輕、強度高，而且具有可持續性等特性，已經開始被期望應用于航空工業中。
航空工業對環境而言無疑是一場災難。目前，航空業的二氧化碳排放量占全球的2%以上。紐約和加利福尼亞之間的單次飛行所產生的排放量約為一輛汽車一年排放量的20%。
目前，航空旅游以每年6%的速度增長，所以，即便多年來飛機設計師在飛機效能改善方面取得一些進步，但也難抵航空運輸需求的迅猛增長。
然而，我們也看到飛機效能改進方面還有進步空間。自2011年以來，商業航空公司一直在嘗試使用生物燃料減少排放，也已開始在飛機機身和機翼上使用碳纖維復合材料等輕質材料替代金屬和鋼鐵材料。碳纖維可以說是可持續發展的功臣，它的高強度和輕重量使其利用起來更加高效，而且耗能更少。但碳纖維的生產是能源密集型的，而且難以回收利用。
所以，人們開始尋找一種更具可持續性且同樣輕便的材料，可將其用于飛機的制造。而空客公司則找到了一個神奇的解決方案：合成蜘蛛絲。
據悉，空客已與德國制造商AMSilk建立了合作。AMSilk據稱是第一家合成蜘蛛絲生物聚合物的工業供應商，該公司通過實驗制造出了生物鋼鐵(Biosteel)，目的是模仿蜘蛛絲的柔韌性以及不可思議的強度。生產生物鋼鐵的閉環細菌發酵過程既不需要化石燃料，也不需要高溫，既節能又可持續。
AMSilk公司首席執行官延斯·克萊因(Jens Klein)表示，AMSilk將與空客密切合作，推出一種由生物鋼纖維和樹脂制成的復合材料，他們希望該產品能于2019年亮相。
據了解，該公司生產的生物鋼鐵曾用于制作一款可降解的阿迪達斯運動鞋。隨后，生物鋼鐵在過去幾年里也引發了熱議。
展開 蜘蛛絲具有多層次的有序結構，從而表現出優異的力學性能。受蜘蛛絲的有序結構和紡絲方法的啟發，中國科學技術大學馬明明課題組通過凝膠紡絲的方法，實現了調控導電水凝膠中高分子鏈的排列和取向、制備出高性能導電水凝膠纖維的目標：在室溫下由聚丙烯酸鈉（PAAS）溶液直接紡絲得到水凝膠纖維，通過涂覆聚丙烯酸甲酯（PMA）防水層，形成具有核-殼結構的PMA-PAAS水凝膠纖維（MAPAH纖維）。
中國科大成功制備仿蜘蛛絲結構的高性能導電水凝膠纖維
在MAPAH纖維中，PAAS結晶區和非晶區共存并且可以快速可逆互變，使MAPAH纖維表現出優異的機械性能、導電性能以及抗凍性能。MAPAH纖維具有高拉伸強度（5.6 MPa）和大斷裂伸長率（1200％），并且可以在大幅度拉伸后快速回復。PAAS水凝膠作為導電芯（電導率為2 S m-1），PMA層作為防水和絕緣涂層，使MAPAH纖維可以作為具有高可拉伸性的彈性導線。MAPAH纖維在-35℃也能保持其可拉伸性和導電性，表現出優異的抗凍性能。作為一種高性能和低成本的彈性可拉伸導電水凝膠纖維，MAPAH纖維將可用于開發基于紡織材料的可拉伸電子器件。
該成果發表在《自然-通訊》上，碩士畢業生趙雪和二年級博士生陳芳是文章的共同第一作者。該項研究工作得到科技部重點研發計劃和國家自然科學基金的資助。（來源：中國科學技術大學）
論文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05904-z
展開 蜘蛛絲的強度是普通鋼鐵的5倍以上，馬達加斯加BARK蜘蛛絲的強度更是達到普通鋼鐵的十倍。
蜘蛛絲的彈性勝于橡皮圈，蜘蛛絲的彈性使得它可以吸收三倍于Kevlar材料的能量(Kevlar材料是彈性比最強的材料之一)。
如果讓蜘蛛產絲的話，量肯定很小。但是2010年，Wyoming大學將蜘蛛絲基因植入山羊體內，成功得到蜘蛛山羊。利用苜蓿的易種植性能，還有科學家將蜘蛛絲基因植入苜蓿，其蜘蛛絲的蛋白質含量高達20-25%。
1999年，RAJAMANGALA研究所的人員使用16層蜘蛛絲可以抵抗9毫米口徑的來復木倉。蜘蛛絲作為未來的超級材料也是指日可待的。
姓名：蜘蛛絲
特性：高強度、高彈性。
組成：蜘蛛絲由提供強度的蛋白質鏈和提供靈活性的非連接區域組成。
來源：利用轉基因植物或者動物，產出比蜘蛛更多的蜘蛛絲。
應用領域：防彈衣、水下粘結材料、人造皮膚、安全氣囊材料、醫療、軍事、建筑等領域。
入選理由：蜘蛛絲看似柔弱，完整一張網，輕輕一拂，便七零八落。這柔弱后面的堅強，堅強背后的心性是最值得我們期待的地方。
展開 人造蜘蛛絲
蜘蛛絲的彈性和柔韌性都很好，耐沖擊性強，耐低溫性能好，在-40℃的條件下仍能保持其彈性，是制作防彈衣的立項材料。而且，蜘蛛絲是由蛋白質組成，因而是生物可降解的，不會對環境造成污染。
遺憾的是，經過漫長的探索，到現在仍無法大量生產人造蜘蛛絲，且人造蜘蛛絲的強度只能達到天然蜘蛛絲的1/3，還無法達到防彈纖維的要求。但由于蛛絲這種蛋白纖維具有合成纖維一些不具備的優點，因此美國軍方組織仍然在投入經費持續這種材料的開發。
八目鰻粘液
八目鰻的防御性粘液主要包括兩個組成部分，線狀蛋白和黏蛋白。線狀蛋白的長度為15厘米，在與海水混合后會膨脹，產生大量透明黏液，其中包含著大量非常薄但具有極強韌性和伸縮性的纖維。
現在，美國海軍的一組科學家和工程師團隊已經找到了一種方法來合成八目鰻粘液，旨在為軍隊提供一種有價值的新材料，有望能擊退鯊魚或提供彈道防護。
總體來說，防彈材料的開發在朝著舒適輕量、全方位防護和仿生化的方向快速發展。新材料的不斷出現，為防彈材料的開發提供了越來越多的可能，不同的新材料，也總有最適合的應用形式和場所。
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蜘蛛絲的最新內容
–Erica Morley 和Daniel Robert，Current Biology，2018年
飛行時的蜘蛛絲示意圖。
Morley 和 Robert 還指出，蜘蛛在僅存在非常輕的風（低于 3 ms-1）的情況下就可以飛行，但是模型顯示，這種風況的強度不足以使大型蜘蛛飛行。
NPCM的結構仿生學包括模仿干細胞、蜘蛛絲、或竹子的納米結構，并基于納米約束效應實現pcm的包封。然后，許多仿生納米約束結構，包括核殼，縱向，和多孔結構，被廣泛提出。同時，附著力、范德華相互作用和毛細作用在這一過程中也起著重要作用。然而，NPCM的功能仿生學側重于通過功能組件的整合實現仿生功能化。通過功能結構的宏觀構成，實現多功能集成。結構仿生學和功能仿生學的結合是開發下一代NPCM的有效途徑。
NPCM的結構仿生學包括模仿干細胞、蜘蛛絲、或竹子的納米結構，并基于納米約束效應實現pcm的包封。然后，許多仿生納米約束結構，包括核殼，縱向，和多孔結構，被廣泛提出。同時，附著力、范德華相互作用和毛細作用在這一過程中也起著重要作用。然而，NPCM的功能仿生學側重于通過功能組件的整合實現仿生功能化。通過功能結構的宏觀構成，實現多功能集成。結構仿生學和功能仿生學的結合是開發下一代NPCM的有效途徑。
圖8 生物技術生產的蜘蛛絲蛋白的多種材料應用
由于從貽貝中提取天然貽貝足蛋白的純化程序復雜且成本高，因此開發了各種重組生產貽貝足蛋白（rMFP）的方法。此外，彈性蛋白的主要生理功能是在組織終生反復收縮和伸展后保持結構穩定性。然而，一些關鍵重復基序的重組生產的流行為研究基本結構-功能關系提供了另一種方法。
受蜘蛛絲啟發的氫鍵（
H 鍵）交聯最近已被證明可以通過添加小 H-鍵交聯劑。不幸的是，氫鍵交聯與所得聚合物的微觀結構和機械性能的相關性仍不清楚。
最近
，
南昆士蘭大學科研團隊
以肌醇 (IN) 分子作為交聯劑制備了堅固且堅韌的納米結構 PVA 復合材料。
Front》:具有超強回復力的濕響應性形狀記憶人造蜘蛛絲
香港理工大學胡金蓮教授團隊《Mater.Chem.Front》：受肌聯蛋白結構啟發，可用作人工肌肉的應力記憶聚合物
香港理工大學胡金蓮教授團隊《Adv.
大自然帶給了材料學家們無限的設計靈感，從荷葉、竹、木等的微觀多級結構及特殊功能，到具有突出力學性能的貝殼珍珠母層、蜘蛛絲，以及具有水下超強粘附的貽貝蛋白，一系列高性能及功能化聚合物仿生材料受此啟發，相繼被研發并得到實際應用。壁虎、蜥蜴等動物腳趾因其可以在物體表面產生強粘附并可輕易快速脫附而受到了人們的廣泛關注。
：集神經傳導、感知、驅動于一體的人工肌肉
南開大學劉遵峰教授課題組招聘師資博士后
南開大學劉遵峰教授課題組博士后招聘啟事
南開大學劉遵峰教授課題組研獲超強韌人造蜘蛛絲
南開大學劉遵峰教授與Ray H.Baughman教授合作《Science》: 一種柔性制冷新策略 “扭熱制冷 ”
南開大學劉遵峰教授團隊研發純蠶絲
【科研摘要】
大自然采用了一種引人入勝的策略來制造高性能的生物材料，例如蜘蛛絲，它通過分層結構呈現出無與倫比的剛度，拉伸強度和韌性組合。
然而，制造具有這種優異性能的合成聚合物仍然是一項艱巨的任務。
該成果突破了人類現有彈性體材料的強度極限，為挑戰蜘蛛絲仿生材料這一世界性課題奠定了基礎。
汪鐘凱是學校2016年8月引進的高層次人才，主要從事基于農林生物質的高分子新材料領域研究，2018年通過與美國南卡羅來納大學合作，組建了生物質分子工程中心。
