蚕丝和蜘蛛丝纤维:从溶解性蛋白到超级纤维

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蜘蛛丝为什么这么强韧

蜘蛛丝为什么这么强韧

蜘蛛丝为什么这么强韧蜘蛛,这种在自然界中随处可见的小生物,常常凭借其精巧编织的蜘蛛网给我们留下深刻的印象。

而蜘蛛网之所以能够如此坚韧耐用,关键就在于蜘蛛丝那令人惊叹的强韧特性。

要理解蜘蛛丝的强韧,首先得从它的化学成分说起。

蜘蛛丝主要由蛋白质构成,这些蛋白质分子有着独特的结构和排列方式。

与我们常见的蛋白质不同,蜘蛛丝中的蛋白质分子经过了精心的“编排”,形成了高度有序的结构。

这种有序结构使得蜘蛛丝在承受外力时能够有效地分散和传递力量,从而增强了其整体的强度。

从微观层面来看,蜘蛛丝的分子结构具有很高的规整性。

其中的多肽链通过氢键、范德华力等相互作用紧密结合在一起,形成了稳定的结构。

这种微观结构的稳定性为蜘蛛丝的强韧性能奠定了基础。

就好像是一座精心搭建的建筑,每一块砖石都紧密相连,共同承受着外界的压力。

蜘蛛丝的强韧还得益于其独特的物理结构。

蜘蛛丝通常非常纤细,但却有着出色的拉伸性能。

当受到外力拉伸时,蜘蛛丝能够发生很大程度的形变而不断裂。

这是因为蜘蛛丝具有一种被称为“超收缩”的特性。

简单来说,就是在受到拉伸时,蜘蛛丝能够通过调整自身的结构来适应外力,从而避免了断裂的发生。

想象一下,一根细细的蜘蛛丝就像是一根具有超级弹性的橡皮筋,能够在被拉长后又迅速恢复原状。

这种出色的弹性使得蜘蛛丝能够承受住来自猎物的冲击和自然界中的风吹雨打。

另外,蜘蛛丝的表面特性也对其强韧性能起到了重要作用。

蜘蛛丝的表面通常非常光滑,这减少了与外界物体的摩擦,降低了磨损的可能性。

而且,这种光滑的表面还有助于蜘蛛丝在空气中保持良好的形态,不轻易发生扭曲和缠绕。

在蜘蛛织网的过程中,它们会根据不同的位置和用途,分泌出不同类型的蜘蛛丝。

有的用于构建框架,需要更强的刚性;有的用于捕捉猎物,需要更高的弹性和粘性。

这种根据需求“定制”蜘蛛丝的能力,进一步优化了蜘蛛网的整体性能,使其更加坚固耐用。

与人类制造的许多材料相比,蜘蛛丝的强韧性能具有明显的优势。

蜘蛛丝合成记

蜘蛛丝合成记

蜘蛛丝合成记作者:张唯诚来源:《快乐作文(7.8年级)》2018年第08期在自然界里,有一些天生的纺织能手,蚕和蜘蛛就是其中翘楚。

丝其实是一种蛋白质,在蚕和蜘蛛的腹中是一种胶状物。

当蚕和蜘蛛吐丝时,那胶状物便经由一种特殊的管道变成了丝,形成了固体的纤维。

蚕和蜘蛛吐丝的目的是不一样的:蚕吐丝是为了结茧,那是保护它们的“房子”,而蜘蛛吐丝是用丝结网捕获猎物。

由于猎物通常会疯狂地挣扎,所以蜘蛛丝就需要有很高的强度、韧性和黏性,这决定了蜘蛛丝要比蚕丝结实得多。

在电影中,蜘蛛侠倚仗蜘蛛丝飞檐走壁,穿行于建筑物之间,场景虽然夸张,却把蜘蛛丝的优良特性形象地表现了出来。

研究表明,蜘蛛丝的强度是钢的20倍,而且极轻、极有韧性,无毒无害,能自然降解,是大自然中非常难得的优异材料。

假若蜘蛛也像蚕一样易于饲养,那人们就可以获得大量天然的蜘蛛丝,然而遗憾的是,蜘蛛和蚕很不一样,它们生性好斗,绝不和同类“共享地盘”,大批饲养蜘蛛是很难的,加上它们的吐丝量也很少,所以天然的蜘蛛丝难以大量地获得。

科学家只好另辟蹊径,那就是模仿蜘蛛吐丝的本领研制出能大量生产的人工合成蜘蛛丝来。

A.瑞典生物学家安娜·里辛专门研究生物体内至关重要的化学现象,由此对合成蜘蛛丝产生了浓厚兴趣,因为这种优秀的材料在医学上很有发展前景。

要想通过模仿蜘蛛吐丝的行为获得人工合成的蜘蛛丝,第一步工作就是要了解丝蛋白。

在蜘蛛丝中,每个丝蛋白分子都像一段拥有三个部分的长链,其中最长的部分由几个片段重叠而成,它们之间的连接很像弹簧,这使蜘蛛丝拥有出色的弹性和拉力。

丝蛋白分子的首尾还各有一部分与其他分子相连,这又使丝蛋白能够形成很长的丝纤维。

丝蛋白存在于一种亲水的溶液中,它们作为腺体的一部分储存在蜘蛛的腹中。

里辛等人从南非收集了一些蜘蛛,人们称这种蜘蛛为“捕鱼蛛”(属盗蛛科,生性凶猛,以水面浮游生物、昆虫为食,也擅长捕食小鱼)。

她和同事们研究了这种蜘蛛的丝和它的基因,弄清了蜘蛛基因代码中哪一部分是与制造丝蛋白相关的。

超级纤维蜘蛛丝的研究进展

超级纤维蜘蛛丝的研究进展

第11卷第4期华南热带农业大学学报2005年12月Vol.11No.4JOURNALOFSOUTHCHINAUNIVERSITYOFTROPICALAGRICULTUREDec.2005两千多年前,中国人发明了用蚕丝制造丝绸的技术,对人类文明做出了巨大贡献。

这一点可以由西汉古墓马王堆出土的大量丝绸服饰所证明。

近百年来,也许是受到丝绸的启发,西方学者对蜘蛛丝发生了浓厚的兴趣。

经过大量研究,他们发现蜘蛛丝无论是强度还是延展性、韧性,都比现有人造及天然纤维好,单位重量蜘蛛丝(拉索丝,Draglinesilk)的强度是人造纤维aramid的3倍,是钢材的5倍,弹性却是尼龙的2倍[1,2]。

这种强度和弹性的组合是其它纤维所不具备的。

因此,蜘蛛丝有望成为新兴优质纺织原料。

然而,大量获得天然蛛丝却极不容易。

西方学者与企业家联合,对蜘蛛的人工养殖进行了大量研究。

但是,蜘蛛不象蚕虫那样温顺,它们相互残杀,很难在单位面积上获得较大数量的蜘蛛。

人工养殖试验一直不成功。

近年来,人们开始采用其它途经来获得这种梦寐以求的纤维,即将蜘蛛丝蛋白基因转入其它生物体,借其它生物表达丝蛋白,然后人工纺丝[3~8]。

经过十多年的努力,到目前为止,该项研究取得了重大进展。

加拿大奈西亚(Nexia)生物科技公司和美国陆军Natick研究中心的科学家们利用哺乳动物细胞表达丝蛋白,纯化后,经过特殊的“纺线程序”,纺出了重量轻、强度高的纤维[9]。

虽然所得人造蜘蛛丝的性能比天然蛛丝稍差一些,但是,其强度已比目前所有商业纤维高,是制造防弹衣的纤维材料“凯夫拉尔”Kevlar的3倍,而其弹性与尼龙不相上下。

研究人员称,这种被他们称为“生物钢”的人造蜘蛛丝有蚕丝的质感和光泽,弹性极强,它比钢铁坚硬却又柔软无比。

如果能大量生产,可被广泛地用来制造手术用缝合线、人工韧带、高强度钓鱼线、柔软贴身的防弹衣、极耐磨损的衣物及高强度复合材料等。

而且这种“生物钢”比“凯夫拉尔”优胜之处还在于它的生产流程比较环保。

蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维研究进展

蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维研究进展

0253-9721(2011)12-0147-10蚕丝和蜘蛛丝再生蛋白纤维研究进展谢吉祥李晓龙张袁松西南大学纺织服装学院,重庆400715蚕丝和蜘蛛丝的性能优良,通过人造方法获得性能良好的再生蚕丝和蜘蛛丝一直是国内外学者研究的热点,但目前研究所获得的再生蚕丝或蜘蛛丝并不理想。

本文总结了有关蚕丝和蜘蛛丝再生研究,包括纺丝液的制备、湿法纺丝和静电纺丝的方法以及纺丝工艺条件对纤维特性的影响等;探讨了pH值调整、醇处理、拉伸、热处理等改善再生丝纤维性能的方法及其效果;阐述了再生丝纤维广阔的发展前景,期望能为今后人造蚕丝和蜘蛛丝提供有用的信息。

蚕丝;蜘蛛丝;再生;人造纺丝TS 102.3AProgress of studies on regenerated protein fiber of  silkworm silk and spider silkXIE JixiangLI XiaolongZHANG Yuansong2010-12-132011-04-15中央高校基本科研业务费专项资金资助( XDJK2009B007);第39批教育部留学回国人员科研启动基金项目(教外司留[2010] 1174号);教育部春晖计划项目(教外司留[2010] 610号);重庆市自然科学基金项目(CSTC,2008BB0008);西南大学博士基金项目(SWUB2007067);人力资源和社会保障部留学人员优先资助基金项目(渝人社办[2009]116号)谢吉祥(1986-),女,硕士生。

主要研究方向为复合再生蚕丝蛋白材料的成形与性质。

张袁松,通信作者,E-mail:yszhang@ swu. edu. cn。

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蚕丝嵌蛛丝,纺织也可转基因

蚕丝嵌蛛丝,纺织也可转基因

蚕丝嵌蛛丝,纺织也可转基因作者:来源:《中国纺织》2014年第04期转基因已从“吃”到“穿”,进入纺织品领域。

中国纺织工程学会服装服饰专委会报告,转入蜘蛛蛋白基因的桑蚕丝,相关产品纤细、柔软、亲肤性良好。

春蚕吐丝为人驯化,蚕丝纤维成为一种生物质原生纤维;而今通过基因工程改质,可实现这种天然纤维资源的超值应用。

我国于2003年完成第一张桑蚕基因组框架图,2008年又完成了桑蚕基因组精细图谱,桑蚕基因组测序为构建转基因桑蚕丝工程提供了基础。

提升士兵耐力智能服装哈佛大学科学家正在进行新型“智能”服装的研发,未来它将帮助士兵缓解长途跋涉的压力。

这种智能服装是由富有弹性、质地柔软的材料制成。

它能够有效帮助徒步行走中的士兵缓解肌肉紧张,此外服装内还安装了灵敏的传感器,这样一来就可以辨别士兵身体的运动生物力学。

由于年龄限制了老年人的运动和位移的耐力以及力量,智能服装还可以有效提高老年人的移动能力。

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试衣间的新秘密自拍如今已成为信息时代人们不可缺少的活动之一,新点子层出不穷的服装店将自拍的功能有了特别的功用,在试衣间内装上了ipad,让顾客在试衣服的同时能够自拍上传至网络,从而第一时间获得好友的评论,决定自己是否要买所试服装。

平板电脑的简易操作还方便了顾客浏览店内服装款式,从而选择自己喜欢的进行试穿。

“魔毯”成真瑞士有创意家具零售商发明了“神奇磁悬浮魔毯”,利用磁力可载着重2.4公斤的小狗,原地升起7厘米。

这张磁悬浮魔毯,内置六对混合化学元素钕、铁及硼制成的稀土磁石,通过特别技术可将小型宠物原地升起,过程相当平稳。

发明魔毯的公司希望将这件产品,发展成可将重10公斤的宠物升起到20厘米高,长远目标是能升起成年人,让人类未来可一尝坐飞毯的滋味。

手机APP搜寻心仪服装你有没有过这种情况,在大街上看见一位超有型的姑娘穿着深得你心的衣服,却不好意思去问?今后,你可以求助于这款手机应用,只要拥有心仪衣服的照片,就可以通过应用找到衣服的信息。

蚕丝和蜘蛛丝纤维:从溶解性蛋白到超级纤维.

蚕丝和蜘蛛丝纤维:从溶解性蛋白到超级纤维.
The water-insoluble protein, from mulberry silkworm, has been recognized as a substrate for growth and adherence of cells in culture
• Sericin
The water-soluble component of silk, from the mulberry silkworm, is used as a biomaterial due to its antibacterial and UV resistant properties
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Spider silk
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Spider silk
The two most important silks (major ampullate and flagelliform silk fibers) in orb webs spun by Araneus diadematus spiders.
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Sericin is also reported to suppress in vitro lipid peroxidation and possesses antitumor properties with no immunogenicity
Indeed, sericin has previously been reported to possess photoprotective effect against UVB-induced acute damage and colon carcinogenesis.
fibers from soluble protein
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Examples of silk fibers produced by silkworms and spiders and

高性能蛋白质纤维蜘蛛丝的研究与应用

高性能蛋白质纤维蜘蛛丝的研究与应用

始第六届全目丝绸创新及产品开发论坛“金富春杯”论文椠器构‘”1。

图2圆网蛛大囊状腺体解剖图””(a:A区;b:B区;f:漏斗;1:导管的第一环圈;2:导管的第二环圉;3:导管的第三环圈;m:导管的提肌肌肉;v:阀门;inv:阀门伸张器;t:末端管;s:吐丝口。

图中所示的标尺为100tzm)FritzVollrath、D.P.Knight比较系统地研究了蜘蛛主腺体丝蛋白的成丝过程,分析了蜘蛛丝的成丝机理,下面以他们的研究结果为基础分析蜘蛛大囊状腺的液晶纺丝过程。

Vollrath的研究认为”……,具有皮芯层结构的蜘蛛丝,其皮层和芯层的丝蛋白分别是由D.P.Knight、Fritz图2所示的腺体上的B区和A区分泌的。

分泌芯层丝蛋白的A区的上皮细胞由一种长长的柱状分泌细胞组成,并被腺体分泌的小粒包裹,这些细胞内含有水分并有很大的粘性,通常是含约50%蛋白的黄色液体,是蜘蛛牵引丝的主要蛋白。

当A区分泌物流向漏斗处时,被B区分泌的无色粘稠均匀液体包覆。

随着腺体内丝蛋白的流动,经过漏斗进入锥状的S形导管内,在该区域,液晶状纺丝液被拉伸并取向,使水溶性丝蛋白成为具有优异力学性能的蜘蛛丝纤维。

当纺丝液进入蜘蛛吐丝口前的牵引区时,因为管径的突然变小,纺丝液被快速拉伸,纺丝液分子进一步取向,并形成以氢键连接的反平行8一折叠构造。

丝纤维出吐丝口后,在空气中会被进一步地拉伸,阀门夹持住已基本成纤的蛛丝,使其在空气中的拉伸效果更加显著。

同时,蜘蛛具有随所处环境而自动调节丝纤维结构和性能的能力。

蚕的纺丝过程与蜘蛛有一定的相似之处,首先它们都是在常温常压下进行纺丝;第二,都属于液晶纺丝;第三,由纺丝器官控制纤维的分子结构、粗细及性能;第四,具有复合纺丝的特征,蜘蛛由腺体的不同部位分别分泌皮层和芯层物质,蚕由后部丝腺和中部丝腺分别分泌丝素和丝胶,并在前部丝腺“复合”。

对蚕的吐丝过程的研究分析表明…o,绢丝腺将多种纺丝技术巧妙地结合一起,而这在化学纤维纺丝中是没有实现的。

1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝

1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝

——蜘蛛丝作者:凌正摘要:蜘蛛丝是一种天然动物蛋白纤维,含有(GPGXX)n/(GPGQQ)n、An/(GA)n、(GGX)n等多种重复多肽序列,具有多样的分子结构、机械性能与生物生态学功能,同时还具有强度高、弹性好、初始模量大、断裂能大、可生物降解、生物相容性好、保湿性好、轻盈等其它合成高性能纤维所无法比拟的优良机械性能及特性。

为此,本研究对蜘蛛丝的组成、结构、机械性能、纺丝机理、应用前景进行了概述,并且通过对蜘蛛丝的氨基酸组成及其丝纤维的表面形态结构和蜘蛛丝的分子构象与聚集态结构的分析研究,探索蜘蛛丝的组成与结构对其性能的影响,对于开发新型纤维材料具有重要启迪意义。

关键词:高强、高模、天然纤维、蜘蛛丝、结构、机械性能、应用前景。

正文:前言蜘蛛因具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能,而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点,近年来,国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时,借助于日益发展的生物技术,采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白,并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝,但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等因素,仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。

从材料科学的角度来看,纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构,探明纤维性能形成机理的根本在于:掌握其结构和性能间的本构关系。

因此,要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达,研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。

本文以广泛分布于我国各地的大腹圆蛛为研究对象,在研究分析其三种主要的丝纤维——牵引丝、蛛网框丝、包卵丝的力学性能、色泽、密度与吸湿性以及热学性能的基础上,从以下几方面探索了蜘蛛丝优异力学性能的形成机理。

研究了蜘蛛丝力学性能的分子基础分析大腹圆蛛丝纤维的氨基酸组成特征,并通过与其他种类蜘蛛丝及蚕丝丝素纤维的比较,研究蜘蛛丝的氨基酸组成对其分子结构和分子排列的影响。

采用激光拉曼光谱和红外光谱技术,分析了不同功能蜘蛛丝的分子构象,探索了蜘蛛丝的氨基酸组成及分子结构和其力学性能间的关系。

新型天然纤维

新型天然纤维

新型天然纤维新型天然纤维——蜘蛛丝专业:纺织工程班级:0902姓名:王少梅中文摘要:蜘蛛丝具有非常优异的性能特征,如其具有综合的钢性、强度和弹性及生物可降解性等,这些特点使得蜘蛛丝在医疗卫生、航天航空、军事等领域具有广阔的应用前景。

主要介绍了蜘蛛丝的结构、性能、生产方法以及应用。

关键词:蜘蛛丝;结构;性能;生产方法;应用前言:进入21世纪,健康、安全、绿色环保已经成为人们关注的焦点之一。

在石油、森林等资源备受保护的今天,利用生物技术开发生物纤维将是21世纪的主要发展趋势之一。

以生物工程和转基因方法开放的性能优良的蜘蛛丝,已成为生物专家、纺织专家积极进行研究的课题,并且获得许多重要成就。

一蜘蛛丝纤维的概况蜘蛛丝的简介蜘蛛丝是一种天然高分子蛋白纤维和生物材料。

其纤维具有很高的强度、弹性、伸长、韧性及抗断裂性,同时还具有质轻、耐紫外线、比重小、耐低温的特点,是其它纤维所不能比拟的,尤其具有初始模量大、断裂功大、韧性强的特性,是加工特种纺织品的首选原料。

蜘蛛丝纤维蛋白质组成,是一种可生物降解且无污染的纤维。

蜘蛛丝有很多的工业用途,但是,它不能像养蚕那样进行商业养殖,其地域性和进攻性使其不能进行大量的养殖,并且蜘蛛吐出的丝并不是像蚕那样形成茧丝,而是蜘蛛“网”丝,也就是所谓的“抽丝”或“网络丝”。

(二) 蜘蛛丝的组成蜘蛛丝的主要成份是蛋白质,基本组成单元为氨基酸。

蜘蛛丝含l7种左右氨基酸,各种氨基酸的含量因蜘蛛的种类不同而存有一定的差异。

蜘蛛丝中较大的7种氨基酸含量占其总量的90%,它们分别为甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丝氨酸、亮氨酸和精氨酸。

表1 不同种类蜘蛛丝的主要氨基酸组成氨基酸(主壶腹腺) 十字圆蛛大腹圆蛛络新妇蛛甘氨酸丙氨酸谷氨酸脯氨酸丝氨酸亮氨酸精氨酸蜘蛛丝的主要化学成分是甘胺酸、丙胺酸及小部分的丝胺酸,加上其它胺基酸单体蛋白质分子链构成。

外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和强度,其原因在于:一方面,蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链,这使蜘蛛丝具有弹性;另一方面,蜘蛛丝中还具有规则的蛋白质分子链,这又使蜘蛛丝具有强度。

蜘蛛丝纤维

蜘蛛丝纤维

生产途径

第一是利用动物如奶牛或奶羊来生产这种 蜘蛛丝蛋白;第二是利用微生物来生产;第三 是利用植物来生产。
蜘蛛丝

从蜘蛛的旋转腺中产生,它们具有很好的防渗水 性,部分透明,部分卷曲
同等粗细下蜘蛛丝的强度是钢铁的5倍,如 果用于制造盔甲,强度是凯夫拉防弹衣3倍 蜘蛛丝产生于蜘蛛的旋转腺,是一种无规则 的卷曲蛋白质,在精确的酸性、含水量和化学浓 度下形成,最终通过导管释放出来。这些纤维体 具有防渗水性,部分透明,部分卷曲。此外,蜘 蛛丝还可用作绷带,具有很好的抗菌性。
①基因合成发酵法; ②转基因法 1将这种蛋白的产丝基因转移到细菌中,用细菌大 量繁殖生产这种蜘蛛丝蛋白。 2将蜘蛛基因植入哺乳动物乳腺细胞内,使蜘蛛丝 蛋白再进行重组

用蜘蛛丝制作的防弹背心比用对位芳纶制作的性能还好。也 可用于制造坦克和飞机的装甲以及军事建筑物的防弹衣等。
制法
+
采用基因工程方法生产人造蜘蛛丝,但尚不成熟, 目前正在探索之中。此方法的要点是先用生物化学方 法对性能优良的蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行分析研 究,搞清其蜘蛛丝蛋白基因编码的核苷酸序列,同时 进行基因序列的分离、纯化、结构特征的表达和克隆 等工作,在此基础上建立不同蜘蛛丝蛋白片段的基因 序列模型,用这种模型可生产出称为蜘蛛丝蛋白的合 成基因,然后将这种合成基因移植给动物、植物或微 生物,被移植了合成基因的动物、植物或微生物就能 大量复制这种蜘蛛丝蛋白,将这种蜘蛛丝蛋白分离出 来,经过提纯、溶解和纺丝,便可生产出性能优良的 人造蜘蛛丝。目前尚未实现工业生产。
第二种途径
+
利用卫生微生物来生产蜘蛛丝蛋白,这种方法是将能生产蜘蛛丝蛋 白的基因移植给微生物,使该种微生物在繁殖过程中大量生产类似 于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。例如美国杜邦公司已经发现一种名叫 Escherichia coli的细菌和一种名叫Pichia pastoris的酵母菌通过基因 移植技术能合成出高分子量的类似于蜘蛛拉索丝蛋白的蛋白质。并 发现用E.coli细菌可有效地生产出高分子量的蜘蛛丝蛋白,其分子 长度可达1000个氨基酸,但高分子量蜘蛛丝蛋白的产量和均匀性 则受到限制,可能由于在末端合成中某些端基出现了错误。而用 P.pastoris酵母菌生产的高分子量蜘蛛丝蛋白则没有不均匀的问题, 这种酵母菌可分泌出与蜘蛛拉索丝相似的蜘蛛丝蛋白。俄罗斯科学 家则将蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给一种学名叫 Saccharomyces.cerevisiae的酵母菌,繁殖后酵母菌体蛋白质的不溶 组份中80%以上为与蜘蛛丝蛋白相似的蛋白质,且产量可观,还进 行了蛋白质的分离和纯化等,以便以后进行纺丝。下一步工作就是 研究如何利用工业发酵的方法大量生产这种细菌或酵母菌,然后把 这种类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质分离出来做为纺丝的原料。

天然纳米纤维的典范一一蜘蛛丝内容理解

天然纳米纤维的典范一一蜘蛛丝内容理解

天然纳米纤维的典范一一蜘蛛丝内容理解蜘蛛丝是一种天然纳米纤维,其特点是轻盈、柔软、强韧、透气、防水、防紫外线等。

蜘蛛丝由蜘蛛的腺体分泌出来,经过一系列生化反应形成纤维。

蜘蛛丝的组成成份是蛋白质,两条多肽链中间夹杂有一些小分子,这些小分子充满了蜘蛛丝的空隙。

这些空隙对蜘蛛丝的物理性质起到了关键性的作用。

蜘蛛丝的强韧性是其最显著的特征之一。

研究发现,蜘蛛丝的拉伸强度比钢铁的拉伸强度高六倍,而且蜘蛛丝最多能拉到原长的四倍。

这是因为蜘蛛丝的分子结构非常精细,组成了一种多级分层的结构。

在这种结构中,只有极小的局部区域才承受拉力,其他区域都以柔性粘合,形成了类似于钢筋混凝土的结构。

因此,蜘蛛丝可以承受巨大的张力。

蜘蛛丝的柔软性也非常出色。

蜘蛛丝可以在各种曲面上自由滑动、弯曲,不易断裂。

这一点与人造纤维不同。

人造纤维的弯曲范围狭窄,容易在切割时断裂。

而蜘蛛丝在天然环境中的柔韧性可以使它适应各种动态环境。

蜘蛛丝的透气性很高。

它的空隙允许水和空气自由流经丝线。

它还可以防水,因为蜘蛛丝的小分子可以吸附水分,形成一个保护膜,不会让水分进入到纤维中。

另外,蜘蛛丝可以防紫外线,这是因为它有粘结分子(DOPA),可以吸附有害的紫外线。

由于它的各种特性,蜘蛛丝被广泛应用于医疗、军事、航空航天等领域。

在医疗领域,蜘蛛丝可以被用作缝合线,因为它无毒、不会被人体排斥、且具有出色的韧性和柔性。

在军事领域,它可以用来制造防弹衣或其他护具,因为它能抵御子弹或炸弹碎片的高速穿透。

在航空航天领域,蜘蛛丝可以被用作航天器的材料,因为它的轻盈、强韧、柔性、透气性等特性都非常符合要求。

总而言之,蜘蛛丝作为天然纳米纤维的典范,具有非常多的优良特性,这些特性使得蜘蛛丝具有广泛的用途和应用价值。

同时,我们也可以从蜘蛛丝的结构和组成中得到很多启示,在设计和改良人造材料方面提供有益的借鉴。

《蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白》 nature

《蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白》 nature

蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白1.概述丝是一种自然界中普遍存在的材料,具有良好的机械性能、生物相容性和生物可降解性。

其中,蚕丝和蜘蛛丝是两种重要的丝蛋白来源,具有广泛的应用前景。

本文将从蚕丝和蜘蛛丝的来源、组成、结构和性能等方面进行介绍,旨在深入探讨这两种丝材料及其丝蛋白的特点和应用。

2.蚕丝2.1 蚕丝的来源与组成蚕丝是由家蚕分泌的丝蛋白变形而成的一种天然蛋白纤维。

家蚕是一种蛾类昆虫,生活史包括卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段。

其中,幼虫阶段是家蚕产丝的重要阶段。

幼虫从头部的丝腺中分泌出丝液,经由复杂的丝针和丝板结构形成丝线,最终编织成茧。

蚕丝主要由丝蛋白组成,丝蛋白是一种高分子蛋白质,含有丰富的丝素和丝胶蛋白。

丝素是主要的结构蛋白,具有优异的抗拉伸性能;丝胶蛋白则是蚕丝的粘性物质,有助于粘合丝线。

2.2 蚕丝的结构与性能蚕丝具有良好的机械性能,其拉伸强度、弹性模量和韧度均优于其他纤维材料。

蚕丝还具有良好的生物相容性和水解性,对人体无害,且可以被生物降解。

3.蜘蛛丝3.1 蜘蛛丝的来源与组成与蚕丝类似,蜘蛛丝也是一种天然蛋白纤维,由蜘蛛分泌而成。

蜘蛛是一种捕食性的节肢动物,能够产生多种类型的丝线,包括捕食网丝、安全丝和交配丝等。

蜘蛛丝主要由蛋白质和小分子有机化合物组成,具有优异的拉伸性能和粘附性能。

3.2 蜘蛛丝的结构与性能蜘蛛丝的力学性能优于钢铁和纳米碳管等材料,具有优异的韧性和抗拉伸能力。

蜘蛛丝还具有良好的生物相容性和生物可降解性,对人体无害,且可以被生物降解。

4.丝蛋白的应用丝蛋白具有良好的生物相容性、生物可降解性和良好的机械性能,因此在生物医学、医药、纺织、材料等领域具有广泛的应用前景。

丝蛋白可以用于生物医用材料的制备,包括生物医用植入材料、生物医用包扎材料、生物医用缝合线等;丝蛋白还可以用作纺织原料,制备高档服装面料、家居纺织品等。

结论蚕丝、蜘蛛丝及其丝蛋白是一类具有良好性能和广泛应用前景的材料,具有优异的机械性能、生物相容性和生物可降解性等特点。

浅谈新型高性能材料蜘蛛丝纤维

浅谈新型高性能材料蜘蛛丝纤维

浅谈新型高性能材料蜘蛛丝纤维随着科学技术的进步,服装材料使用也有新的发展和进步。

目前,在国际上服装的面料出现了一种新型高性能的面料材质蜘蛛丝纤维,这种材质的特点是具有良好的刚性和弹性以及强度,除此以外这种新型的材料还有生物可降解性,不会污染环境,可以再次进入生态系统,因此这种材料的发展前景是很好的。

文章主要从蜘蛛丝纤维的性能以及结构等方面进行了研究。

标签:新型材料;高性能;蜘蛛丝纤维1 前言随着人们生活水平的提高对于服装的要求也是越来越严格,现在人们都需要高品质的服装。

目前,在服装的面料选择上蜘蛛丝纤维面料是一个很好的选择,蜘蛛丝纤维是高分子蛋白纤维材料,这种材料具有良好的刚性和弹性而且这种材质的衣服比较轻而且耐低温这是其他纤维布料无法比拟的,其次蜘蛛丝纤维具有生物可降解的特性,生物能够将其降解回归到大自然中,由于这样的特性蜘蛛丝纤维在我国很多的领域被广泛的应用,用蜘蛛丝纤维做出来的布料比较顺滑柔软,但是蜘蛛丝纤维的产量是比较少的,这是一种新的生物科技,现在的产量还是比较少的,这也引起了我国生物学家的重视,我国现在应用转基因工程将蜘蛛的基因转移到蚕的体内或者其他能够移植的动物体内,从而我国的蜘蛛丝纤维的生产进入正轨和批量生产的模式,随着科学技术的不断发展新型蜘蛛丝纤维生产和使用将会越来越得到重视,这种新型的服装材料会得到大力的推广和广泛的使用。

2 蜘蛛丝纤维的形态结构和性能2.1 蜘蛛丝的形态结构利用高倍显微镜对蜘蛛丝进行观察,发现蜘蛛丝纤维在高倍显微镜呈现丝状透明,其断面呈圆形的丝状物,丝与丝之间比较独立且每个丝都够几十根纤维组成,在丝与丝之间的结合比较紧密缝隙很小,蜘蛛丝主要的成分高分子蛋白质,这些高分子蛋白有的是结晶体有的是非结晶体,这些形态在高倍显微镜下看起来是比较清晰的,这些丝状物有序的排列形成整体。

2.2 蜘蛛丝纤维的性能蜘蛛丝纤维的物理特性是非常好的,它具有良好的刚性和弹性,由蜘蛛丝纤维做成的布料比较顺滑光亮且对防止紫外线的照射起到了很好的作用,其他的纤维布料我们穿着时会出现静电,然而蜘蛛丝纤维制成的布料成衣后出现静电的现象就很小,从耐高温的性能上蜘蛛丝纤维的布料也由于其他纤维制成的布料。

科学家发明“超级纤维”媲美蛛丝

科学家发明“超级纤维”媲美蛛丝

科学家发明“超级纤维”媲美蛛丝
佚名
【期刊名称】《非织造布》
【年(卷),期】2012(000)002
【摘要】蜘蛛丝的韧性超过现有所有合成纤维,素有“生物钢”的美誉,是新型材料的理想选择。

能否采用来源广泛的蚕丝蛋白织出可媲美蛛丝的“超级纤维”,成为全球研究界探索的方向,而复旦高分子科学系和先进材料实验室的生物大分子课题组就走在最前列。

他们不仅证明了蚕丝蛋白不输于蛛丝蛋白的力学结构性能,更通过完善再生蚕丝制备工艺,织出了力学性能高出天然蚕丝一倍的人工丝。

这一“动物丝仿生制备中的关键问题”项目研究昨天获自然科学奖一等奖。

【总页数】1页(P40-40)
【正文语种】中文
【中图分类】TS102.528
【相关文献】
1.蜘蛛丝与人造纤维的发明 [J], 平占斌
2.科学家开发出“超级木材”可媲美钢材 [J], ;
3.Aalto大学/VTT:可与塑料相媲美的纤维素与蛛丝混合材料 [J], 谭宇豪
4.科学家开发出超级木头可与钢材媲美 [J],
5.美科学家让转基因蚕吐出蛛丝纤维 [J],
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基于天然蚕丝及蜘蛛丝蛋白的生物材料研究进展

基于天然蚕丝及蜘蛛丝蛋白的生物材料研究进展

基于天然蚕丝及蜘蛛丝蛋白的生物材料研究进展赵晓;张袁松;曾峥;吴大洋【摘要】节肢动物由于生理及生存需要可分泌丝蛋白,并由所分泌的丝蛋白溶液纺制成具有优良机械性能与生物相容性能的丝纤维.根据仿生学原理,材料科学领域研制出多种基于丝蛋白的生物材料,与天然丝类似,这些生物材料具备优良的力学性能与生物相容性,在生物医学领域具有重要的应用价值.本文综述了基于丝蛋白的生物材料研究进展,以桑蚕丝及蜘蛛丝为例,重点分析了天然丝蛋白结构与性能的关系,并阐述了基于丝蛋白生物材料的制备方法及近年来相关材料制备研究方面的研究进展.【期刊名称】《蚕学通讯》【年(卷),期】2010(030)002【总页数】7页(P31-37)【关键词】丝蛋白;蚕丝;蜘蛛丝;生物材料【作者】赵晓;张袁松;曾峥;吴大洋【作者单位】西南大学纺织服装学院,重庆,400716;西南大学纺织服装学院,重庆,400716;西南大学纺织服装学院,重庆,400716;西南大学纺织服装学院,重庆,400716【正文语种】中文丝蛋白(silk protein)是由自然界中的节肢动物,如蚕、蜘蛛、蝎子等分泌的一种蛋白质聚合物。

丝蛋白通常是在上皮细胞进行生物合成而得到的,所得到的丝蛋白可存储于分泌腺的腔体中,进而通过吐丝管或其它导管纺制成纤维,最终得到蚕丝、蜘蛛丝等天然的具有特殊功能的材料[1]。

无论是研究及应用五千多年的蚕丝还是近十年来成为材料科学领域研究热点的蜘蛛丝,均具有较高的弹性、拉伸强度等力学性能及生物适应性能,尤其是机械性能甚至优于以高强力著称的芳纶及尼龙等化学纤维,其中蚕丝、蜘蛛丝与其他材料的力学性能比较见表1。

由于丝纤维突出的机械性能及生物相容性能,该材料目前已被广泛应用于药物可控释放、生物材料及组织工程框架材料。

表1 丝纤维及人造纤维的力学性能[2]材料强度(σmax,GPa)断裂伸长率(%)刚度(MJ m-3)桑蚕丝0.61870 M A蜘蛛丝(A.diadematus)1.127160鞭毛丝(A.diadematus)0.527150尼龙0.951880芳纶(Kevlar 49)3.62.750高强度钢1.50.86之所以基于丝蛋白的天然丝纤维材料具有优良的力学及生物适应性能,是由其分子结构及成纤过程所决定的。

蜘蛛丝与蚕丝的比较研究

蜘蛛丝与蚕丝的比较研究

蜘蛛丝与蚕丝的比较研究王来力(上海 东华大学 200051)[摘 要]:从形态结构、物理性能、力学性能、热学性能及成丝机理等几个方面对蜘蛛丝和蚕丝进行了对比分析,指出了蜘蛛丝与蚕丝的异同点,介绍了人造蜘蛛丝的发展趋势和应用前景。

[关键词]:蜘蛛丝;蚕丝;结构;性能;比较1.引言蚕丝发源于我国,到现在已有六千多年的历史。

蚕丝是高档纺织原料,具有强伸度好、细而柔软、富有弹性、光泽好、吸湿性好等优点,被誉为“纤维皇后”,蚕丝织物广泛应用于人们的日常生活,在工业及国防上也有重要的用途[1]。

蜘蛛丝作为另一种蛋白质纤维,从上世纪90年代开始成为新材料的研究热点。

蜘蛛丝具有高强度、高韧性、高弹性和良好的耐热性能,被称为“生物钢”,在军事、航空航天以及医疗等方面具有很大的应用潜力[2]。

本文结合国内外的文献资料,对蜘蛛丝和蚕丝进行了多方面的比较研究,指出了二者的异同之处。

2.蜘蛛丝与蚕丝的形态结构比较纤维的形态结构在很大程度上决定纤维的性能,蜘蛛丝与蚕丝在力学性能、机械性能方面存在较大的差异,必然是由二者形态结构的不同引起的。

蜘蛛丝是具有多级结构的蛋白质纤维,外观呈金黄色,透明,横截面为圆形,具有皮芯层结构,芯层内含有数十根纳米级的微纤维。

蜘蛛丝纤维直径平均为6.9µm,大约为蚕丝的一半,体积重量为1.34g/cm3。

蜘蛛丝蛋白质是由各种氨基酸组成的多肽链按照一定方式组合而成的,其中的氨基酸主要以甘氨酸和丙氨酸为主,约占总量的70%,其他为丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸等[3]。

蚕丝纤维多为白色或乳白色,主要由丝素和丝胶两部分组成,里面为两根平行的丝素,外面包裹着丝胶,其他物质为蜡质、色素和无机物等。

蚕丝纤维横截面呈半椭圆形或略呈三角形,单根丝素截面呈三角形。

蚕丝纤维的蛋白质是由一条长链和一条短链构成的亚单位结构,长链主要由甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸等组成,短链含有较多疏松残基的氨基酸[4]。

蜘蛛丝和蚕丝的氨基酸含量对比如表1所示。

蜘蛛丝合成记阅读理解答案

蜘蛛丝合成记阅读理解答案

蜘蛛丝合成记内容阅读理解及答案蜘蛛丝合成记张唯诚①在自然界里,有一些天生的纺织能手,蚕和蜘蛛就是其中翘楚。

丝其实是一种蛋白质,在蚕和蜘蛛的腹中是一种胶状物。

当蚕和蜘蛛吐丝时,那胶状物便经由一种特殊的管道变成了丝,形成了固体的纤维。

蚕和蜘蛛吐丝的目的是不一样的:蚕吐丝是为了结茧,那是保护它们的“房子”,而蜘蛛吐丝是用丝结网捕获猎物。

由于猎物通常会疯狂地挣扎,所以蜘蛛丝就需要有很高的强度、韧性和黏性,这决定了蜘蛛丝要比蚕丝结实得多。

②在电影中,蜘蛛侠依仗蜘蛛丝飞檐走壁,穿行于建筑物之间,场景虽然夸张,却把蜘蛛丝的优良特性形象地表现了出来。

研究表明,蜘蛛丝的强度是钢的20倍,而且极轻、极有韧性,无毒无害,能自然降解,是大自然中非常难得的优异材料。

③假若蜘蛛也像蚕一样易于饲养,那人们就可以获得大量天然的蜘蛛丝,然而遗憾的是,蜘蛛和蚕很不一样,它们生性好斗,绝不和同类“共享地盘”,大批饲养蜘蛛是很难的,加上它们的吐丝量也很少,所以天然的蜘蛛丝难以大量地获得。

科学家只好另辟蹊径,那就是模仿蜘蛛吐丝的本领研制出能大量生产的人工合成蜘蛛丝来。

④瑞典生物学家安娜·里辛专门研究生物体内至关重要的化学现象,由此对合成蜘蛛丝产生了浓厚兴趣,因为这种优秀的材料在医学上很有发展前景。

要想通过模仿蜘蛛吐丝的行为获得人工合成的蜘蛛丝,第一步工作就是要了解丝蛋白。

⑤在蜘蛛丝中,每个丝蛋白分子都像一段拥有三个部分的长链,其中最长的部分由几个片段重叠而成,它们之间的连接很像弹簧,这使蜘蛛丝拥有出色的弹性和拉力。

丝蛋白分子的首尾还各有一部分与其他分子相连,这又使丝蛋白能够形成很长的丝纤维。

⑥丝蛋白存在于一种亲水的溶液中,它们作为腺体的一部分储存在蜘蛛的腹中。

里辛等人从南非收集了一些蜘蛛,人们称这种蜘蛛为“捕鱼蛛”(属盗蛛科,生性凶猛,以水面浮游生物、昆虫为食,也擅长捕食小鱼)。

安娜·里辛和同事们研究了这种蜘蛛的丝和它的基因,弄清了蜘蛛基因代码中哪一部分是与制造丝蛋白相关的。

区分蚕丝和合成纤维的方法

区分蚕丝和合成纤维的方法

区分蚕丝和合成纤维的方法
蚕丝是一种天然纤维,它是由蚕茧中的丝绸蛾所释放的蛋白质纤维构成。

它具有柔软、光滑、透气、吸湿性好等特点,因此被广泛地用于制造高档服装和家居用品。

而合成纤维是指经过化学加工制造的人造纤维,例如聚酯、锦纶、涤纶等,它们具有成本低、易于加工、色泽饱满等优点。

然而,在市场上,有些不良商家会用合成纤维冒充蚕丝来获取更多的利润。

因此,我们需要了解一些区分蚕丝和合成纤维的方法:
1. 观察光泽度:蚕丝具有天然的光泽度,而合成纤维的光泽度则比较人造。

可以将两种纤维放在阳光下观察,蚕丝的光泽度会比合成纤维更加明显。

2. 触感:蚕丝非常柔软,触摸起来非常舒适,而合成纤维则相对较硬。

可以用手感受一下,蚕丝具有天然的柔软性,而合成纤维则比较僵硬。

3. 燃烧测试:将一小块纤维取下,用火机点燃。

蚕丝燃烧时会有一种类似头发燃烧的气味,且燃烧后灰烬呈黑色粉末状;而合成纤维燃烧后会有一种类似燃胶的气味,燃烧后灰烬呈白色。

4. 蚕丝的抗拉强度比合成纤维弱,所以蚕丝的纱线会较粗,而合成纤维的纱线则会比蚕丝细。

通过以上几种方法,我们可以较为准确地区分蚕丝和合成纤维。

当然,如果我们购买的产品上标注了材料,我们也可以通过查看标签来确认产品的材质。

在购买蚕丝制品时,我们应该选择正规渠道购买,
以确保产品的质量和真实性。

丝聚蛋白的功能及其代谢

丝聚蛋白的功能及其代谢

丝聚蛋白的功能及其代谢丝聚蛋白是一种重要的蛋白质,存在于许多生物体中,尤其是昆虫、蜘蛛和某些软体动物中。

它在这些生物体中具有多种重要的功能,并在代谢过程中扮演着重要的角色。

丝聚蛋白在昆虫和蜘蛛的体内起到了结构支持的作用。

它们是昆虫和蜘蛛丝的主要组成部分,赋予了它们强大的拉伸强度和韧性。

丝聚蛋白分子具有高度有序的结构,使得丝线能够承受外部压力和拉力,同时保持形状和稳定性。

这种结构支持的功能使得昆虫和蜘蛛能够构建坚固的巢穴、网和保护壳。

丝聚蛋白在某些软体动物中也扮演着重要的角色。

例如,蚕丝是由丝聚蛋白构成的,它们可以通过蚕的唾液腺分泌出来,用于建造茧和保护自身。

蚕丝具有出色的光泽和柔软度,因此被广泛用于纺织品和医疗领域。

此外,丝聚蛋白还具有抗菌和生物降解性能,使其在医疗和组织工程中具有广泛的应用前景。

关于丝聚蛋白的代谢,它主要通过蛋白质合成和降解来进行。

在生物体内,丝聚蛋白的合成是通过基因转录和翻译过程实现的。

首先,相关基因在细胞核中被转录成RNA分子,然后通过核糖体转录成蛋白质。

这个过程是高度调控的,涉及到多个转录因子和调节因子的参与。

而丝聚蛋白的降解则是通过酶的作用进行的。

在生物体内,丝聚蛋白会被特定的酶降解成小分子,然后被细胞进一步利用或排出体外。

这个过程是细胞代谢的一部分,它维持了丝聚蛋白的平衡和稳定。

丝聚蛋白在生物体中具有重要的功能和代谢过程。

它在昆虫、蜘蛛和某些软体动物中起到结构支持的作用,使它们能够构建坚固的巢穴、网和保护壳。

丝聚蛋白的合成和降解是通过基因转录和酶的作用进行的,确保了丝聚蛋白的平衡和稳定。

这些功能和代谢过程的研究将有助于我们更好地理解生物体的结构和生理功能,并为纺织品、医疗和组织工程等领域的应用提供新的思路和方法。

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#Байду номын сангаас
The mechanical properties of animal silks in comparisons to other man-made and natural materials
#
The category of spider silk
Seven sets of silk-producing glands in which the constituent silk proteins are synthesized by epithelial cells before being spun as seven different types of silk, each possessing different functional properties.
• Non-biodegradable synthetic polymers: carbon nanotubes, nylon, poly(acrylamide), poly(acrylonitrile), poly(epoxides) et. al.
• Biodegradable synthetic polymers: poly(aspartic acid), poly(ε-caprolactone), poly(lactic-co-glycolic acid), poly(lactic acid), poly(urethane) – pellethane et. al.
Major ampullate silk
Scanning electron microscopy image of spider silk taken from a web of the garden spider Araneus diadematus.
Core-shell type structure of silk fibers
#
Spider silk
#
Spider silk
The two most important silks (major ampullate and flagelliform silk fibers) in orb webs spun by Araneus diadematus spiders.
#
properties, surface roughness and biocompatibility.
#
Composite materials based on silk proteins
Man-made composite materials based on silk proteins and synthetic polymers
Silk: From Soluble Protein to Extraordinary Fiber
Jiang Yanke 2012-02-02
Silk: From Soluble Protein to Extraordinary Fiber
1. Spider silk 2. Silkworm silk 3. The formation of extraordinary
• characteristic strength, moisture absorbance and luster • Shortcomings as they are prone to photoyellowing, and
have poor rub resistance and wrinkle recovery • Its good mechanical strength, water stability, thermal
fibers from soluble protein
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Examples of silk fibers produced by silkworms and spiders and
a schematic illustration.
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Fibers produced by silkworms and spiders are natural composites
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2. Silkworm silk
➢ Properties ➢ Silk protein ➢ Applications
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The properties of silkworm silk
• Native silk fiber from Bombyx mori silkworm is known as important biomaterials in many applications including biomedical sutures, tissue engineering scaffolds for tendon, bone, teeth, ligaments and other bioengineered clinical products
Dragline silk is five times tougher than steel by weight and even three times tougher than man-made synthetic fibers, such as Kevlar 49.
• Supercontraction
“Worn-out” silk threads within a spiders net are renewed in the morning dew, and the web regains its rigidity.
• Biocompatibility, smoothness and thinness in comparison to other available materials
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1. Spider silk
➢ The properties of spider silk ➢ The category of spider silk ➢ The structure of spider silk
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The properties of spider silk
• Extremely high mechanical stability
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