蜘蛛丝纤维
高性能纤维——蜘蛛丝
高性能纤维——蜘蛛丝专业：纺织工程姓名:赵树超学号：200920301019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许多领域具有广阔的应用前景。
本文主要分析了蜘蛛丝的结构、性能、分子结构与性能的关系、制备及应用。
关键词：蜘蛛丝；结构；性能；机理；制备；应用前言蜘蛛丝属于蛋白质纤维，是一种天然高分子纤维和生物材料。
蜘蛛丝具有很高的强度、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。
蜘蛛丝纤维由蛋白质组成，是一种可生物降解且无污染的纤维。
其特殊的结构和性能，在纺织行业、医疗卫生和军事领域等方面产生了极其重要的影响。
蜘蛛丝滑爽柔软，光汗优雅。
但是数量少。
目前国内外许多科学家已通过基因工程，将蜘蛛的基因移植到蚕体及其它植物和动物等体内，从而使蜘蛛丝蛋白质纤维实现工业化生产的梦想成为现实。
相信，随着科学技术的发展，蜘蛛丝纤维将广泛用于纺织服装业等多个领域，成为新一代高性能生物材料。
1蜘蛛丝的结构和组成1.1 蜘蛛丝纤维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。
1.2 蜘蛛丝纤维的微观结构蜘蛛丝由前纺器纺区、中纺器纺区、后纺器纺区三组喷嘴喷射形成，分子结构是由原纤丝组成，而原纤丝又由120nm微原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物。
蜘蛛丝横截面接近圆形，直径为6.9μm，是单丝，由两组丝腺组成，中间没有丝胶，没有覆盖于表面的水溶性物质。
蜘蛛丝的纵向形态是丝中央有一道凹缝痕迹，在水中有大的溶胀性，截面会发生膨胀，径向则会发生明显的收缩。
浅谈新型高性能材料蜘蛛丝纤维
科 技 创 新
浅谈新型高性能材料蜘蛛丝纤维
罗 敏
（ 军事经济学院军需系， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 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。 关键词： 新 型 材料 ； 高性 能 ； 蜘蛛 丝 纤 维
４ 蜘蛛 丝 纤维 的应 用 蜘 蛛 丝 纤维 由于 其 独 特 的 性 能 和结 构 已经 在 我 国的 很 多 领 域 达 到 了应用 和 广泛 的推 广 。 目前 ， 我 国 的很 多 服装 的布 料 就采 用 蜘 蛛 丝纤 维 为原 材 料 。 ４ ． １蜘 蛛丝 纤 维在 纺 织上 的应用 蜘 蛛 丝 纤维 具 有 良好 的 强 度 和韧 性 ，通 过 转 基 因技 术 可 以生 产， 因 此在 我 国 的纺织 厂 已经 用 蜘 蛛 丝纤 维 逐 渐取 代 合 成 的纤 维 进 行 纺 织成 衣 ， 蜘 蛛丝 纤 维 成 衣 比较 轻且 不 了顺 滑 光亮 ， 用 这 种 纤 维 制 成 的面料 已经 被广 大 的消 费 者认 可 。 ４ ． ２ 蜘 蛛 丝纤 维在 军 事上 的应 用 现 在蜘 蛛 丝纤 维 在 我 国 的很 多领 域 达 到 了广 泛 的 应用 ， 在 军 事 方 面 蜘蛛 丝纤 维 的布 料 也得 到 很 好 的应 用 ， 蜘 蛛 丝纤 维 布 料质 量 比
高性能蜘蛛丝纤维
高性能蜘蛛丝纤维摘要：介绍高性能蜘蛛丝纤维的结构与性能，该纤维强度大，韧性大，弹性好，抗冲击力强，并具有质轻和生物可降解性及其他纤维不可比拟的优点，以及蜘蛛丝纤维在纺织、军事、航空航天、组织工程等领域的广泛运用前景。
关键词：蜘蛛丝；高性能；结构；加工；应用蜘蛛丝是一种高分子蛋白纤维，该纤维强度大，韧性大，弹性好，抗冲击力强，并具有质轻和生物可降解性及其他纤维不可比拟的优点，不会对环境造成污染，是生产绿色织物优异的纺织材料。
随着生物技术的发展，蜘蛛丝的开发生产取得了突破，蜘蛛丝将被运用于纺织服装等多个领域。
1蜘蛛丝的形态结构和性能1.1蜘蛛丝的形态结构蜘蛛丝呈透明外观，在超倍电子显微镜下观察，和蚕丝很相似。
[1]截面呈圆形或接近圆形，它是单丝，不需要丝胶黏住两根丝，表面没有水溶性物质，没有丝胶，每根蜘蛛丝含有数十根细纤维，丝条之间空隙比较小。
蜘蛛丝蛋白主要由非结晶状态部分和结晶状态部分，结晶部分主要由丙氨酸残基序列组成，非结晶含有甘氨酸单链多肽构成。
1.2蜘蛛丝的性能不同蜘蛛丝纤维具有不同的物理性能其韧性和弹性好，强度大，表面光滑柔和，抗紫外线能力强，蜘蛛丝摩擦系数小，抗静电性能优于合成纤维，导湿性能好于蚕丝，是耐高温和低温的理想材料。
[2]蜘蛛丝是一种原先蛋白质，因此具有独特的溶解性，有生物相溶性同时不会对环境造成污染，还具有耐疲劳性和通透性。
因此蜘蛛丝纤维除了具备天然纤维和合成纤维的优良性能外，还具有其他纤维所无法比拟的独特性能。
2蜘蛛丝的开发生产[3]蜘蛛的产丝量小，提取工艺复杂，且同类相食，无法高密度养殖以获取蜘蛛丝。
随着科学技术的发展，开发生产蜘蛛丝已成为一种可能。
人们获取蜘蛛丝蛋白基因后，利用已清楚的氨基酸重复序列信息，人工合成其类似的DNA片段，通过微生物动物和植物等途径表达蜘蛛丝蛋白后进行溶液纺丝，以获取蜘蛛丝纤维。
2.1微生物途径将蜘蛛基因转入微生物中，通过微生物的分裂繁殖来达到生产具有蜘蛛丝纤维性能的纤维，该方法成本低，效率高。
新型纤维材料---蜘蛛丝
新型纤维材料——蜘蛛丝蜘蛛是地球上最古老的物种之一，是自然界的神奇动物，经历了几百万年漫长的进化，蜘蛛已能够适应地球上几乎所有环境而生存下来，其最大的臂助正是本身独特的纺丝能力和令人惊讶的蛛丝性能。
蜘蛛是自然界产丝和用丝的“专家”，它们一生都离不开丝。
蜘蛛生产性能最优异的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以捕获猎物，赖以生存，繁衍后代。
蜘蛛，属节肢动物门蛛形纲蛛形目，种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种，按吐出丝种类的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。
科学家们早就注意到蜘蛛丝非同一般的性能并将它利用了起来。
早在1709年就出现了人类利用蜘蛛丝的记载，而且在第二次世界大战时，蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮的瞄准系统等光学装置的十字准线。
进入20世纪80年代,蜘蛛丝，尤其是牵引丝，以高强度、高弹性、高断裂功、低密度、良好的耐温及耐紫外线性能、良好的生物相容性等优异性能引起了各国材料、生物和化学等众多领域研究人员的极大兴趣。
科技的进步，亦使得破解蜘蛛丝的生物奥秘成为了可能。
1996年，美国Science杂志连载3篇文章，揭示了蜘蛛丝性质与结构的关系以及蜘蛛丝的奥秘，近几年，又连续发表了10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。
美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后对蜘蛛丝做了深入的研究,在利用基因和蛋白质测定技术解开蜘蛛丝奥妙的同时,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
蜘蛛丝的结构性能与用途蜘蛛丝能大量吸收动能，同时具有高弹性形变，究其原因，在于其奇妙的分子结构。
蜘蛛丝的化学本质为蛋白质，蛛丝蛋白的复杂氨基酸序列和空间结构赋予了外显的性能。
蜘蛛丝中分子排列是一种介于晶区与非晶区的中间相的存在。
结晶区主要为聚丙氨酸链段，构象为β-折叠链，分子链或链段沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，栅片间距离是变化的，在0.93～1.57nm之间。
非结晶区由甘氨酸、丙氨酸以外的大侧基氨基酸组成，分子多呈α-螺旋状结构。
蜘蛛丝纤维的研究现状与展望
研究现状Βιβλιοθήκη 1、膳食纤维的来源1、膳食纤维的来源
膳食纤维主要来源于植物性食物，如谷物、蔬菜、水果和豆类等。此外，部 分动物性食物如肉类和蛋类也含有一定量的膳食纤维。目前，食品工业已经开发 出多种富含膳食纤维的食品，如全麦面包、燕麦片、豆类制品等。
2、膳食纤维的营养价值
2、膳食纤维的营养价值
膳食纤维具有改善肠道健康、降低血糖和胆固醇、增强饱腹感等多种生理功 能。研究表明，膳食纤维可以增加粪便体积，软化粪便，缓解便秘症状。此外， 膳食纤维还能吸附肠道内的有害物质，减轻肝脏和肾脏的负担。在控制体重方面， 膳食纤维可以延长饱腹感，减少能量摄入，有助于减轻肥胖症状。
其次，蜘蛛丝纤维的应用领域还有待进一步拓展。尽管蜘蛛丝纤维在国防、 航空航天、生物医学、纺织品等领域的应用前景广阔，但如何充分发挥其潜力仍 需要研究者们的深入探讨。未来的研究将致力于开发更多具有创新性的应用，如 利用蜘蛛丝纤维构建生物医学材料、绿色纺织品等。
二、蜘蛛丝纤维的未来展望
最后，蜘蛛丝纤维的性能仍有待于进一步提升。虽然蜘蛛丝纤维具有许多优 秀的特性，但如何提高其耐候性、耐化学腐蚀性等仍是一个亟待解决的问题。未 来的研究将致力于深入研究蜘蛛丝纤维的微观结构和性能关系，通过改性、复合 等方法优化其性能。
一、蜘蛛丝纤维的研究现状
然而，尽管蜘蛛丝纤维的研究已经取得了一定的成果，但仍存在诸多挑战和 问题需要进一步解决。例如，蜘蛛丝纤维的产量低、采集困难，且不同品种蜘蛛 所产丝的性能差异较大，这为其广泛应用带来了一定的局限性。此外，蜘蛛丝纤 维的耐候性、耐化学腐蚀性等特性仍有待于进一步改善。
二、蜘蛛丝纤维的未来展望
内容摘要
在工业领域，天然蜘蛛丝仿生材料具有很高的耐磨性和抗疲劳性，可应用于 制造高级轴承、齿轮等精密零件。此外，由于其独特的力学性能和生物活性，天 然蜘蛛丝仿生材料在航空航天、汽车、船舶等交通运输领域也有广泛的应用前景。
蜘蛛丝在工业制造中的应用技术
蜘蛛丝在工业制造中的应用技术蜘蛛丝是一种天然材料，具有出色的强度和韧性，被广泛应用于工业制造领域。
本文将介绍蜘蛛丝在纺织、医疗、航空航天和材料科学领域的应用技术。
一、蜘蛛丝在纺织领域的应用技术1. 高强度纤维制造：蜘蛛丝是一种具有超强强度的纤维材料，可以替代传统的合成纤维。
目前，科学家已成功把蜘蛛丝基因导入绵蚕或大肠杆菌等生物体内，利用生物技术制造出大量蜘蛛丝纤维。
2. 织物增强：将蜘蛛丝添加到纺织品中，可以显著提高纺织品的强度和耐磨性。
蜘蛛丝纤维可以与丝绸、棉织品等其他材料结合，增强织物的性能。
3. 纺线技术改进：蜘蛛丝是一种非常细且柔软的材料，传统的纺织技术无法直接纺制。
研究人员通过改进纺线技术，成功地将蜘蛛丝纤维转变为可用于纺织的线材。
二、蜘蛛丝在医疗领域的应用技术1. 生物材料：蜘蛛丝具有良好的生物相容性和生物降解性，可以被用作医疗器械和植入材料。
蜘蛛丝纤维可以制成缝合线、人工皮肤等医疗器械，用于外科手术和伤口愈合。
2. 药物传递系统：科学家利用蜘蛛丝的结构特性，开发出一种新型的药物传递系统。
药物可以被包裹在蜘蛛丝纤维内，通过控制纤维的解析速度，实现持续释放药物的效果。
三、蜘蛛丝在航空航天领域的应用技术1. 轻质高强材料：蜘蛛丝的强度与重量比是许多工程材料难以比拟的。
在航空航天领域，利用蜘蛛丝可以制造出轻质高强的材料，用于制作飞行器的结构件和支撑结构。
2. 防护装备：蜘蛛丝的高强度和高韧性使其成为一种优秀的防护材料。
蜘蛛丝纤维可以用于制作防弹衣、防护面具等装备，为航空航天人员提供更好的安全保护。
四、蜘蛛丝在材料科学领域的应用技术1. 生物仿生材料：蜘蛛丝具有独特的力学性能和结构特征，可以作为生物仿生材料的研究对象。
通过研究蜘蛛丝的结构和制造工艺，可以为人造纤维、高性能复合材料等领域提供新的启示。
2. 纳米技术应用：蜘蛛丝具有纳米级的细小结构，其纤维直径约为几十到几百纳米。
借助纳米技术，研究人员可以改变蜘蛛丝的性质和形态，进一步扩展其在材料科学领域的应用。
蜘蛛丝的强度和用途
蜘蛛丝的强度和用途蜘蛛丝是一种天然纤维，由蜘蛛的腺体分泌而出。
它具有出色的强度和韧性，被认为是自然界中最坚韧的材料之一。
蜘蛛丝的强度和用途引起了科学家们的广泛关注和研究。
本文将探讨蜘蛛丝的强度特点以及其在不同领域的用途。
蜘蛛丝的强度是其最显著的特点之一。
根据科学研究，蜘蛛丝的强度比钢的强度还要高。
例如，金丝蛛的丝线强度可以达到每直径单位面积1.3 GPa，而钢的强度通常在0.5-1.2 GPa之间。
这种超强的强度使得蜘蛛丝在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，蜘蛛丝在材料科学领域有着广泛的应用。
由于其出色的强度和韧性，蜘蛛丝被认为是一种理想的材料，可以用于制造高强度的纤维和复合材料。
科学家们已经成功地将蜘蛛丝与其他材料结合，制造出具有超强强度和韧性的复合材料。
这些复合材料可以应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域，提高产品的性能和安全性。
其次，蜘蛛丝在医学领域也有着重要的应用价值。
蜘蛛丝具有良好的生物相容性和生物降解性，可以用于制造可吸收的缝合线和修复材料。
相比传统的缝合线，蜘蛛丝缝合线具有更好的强度和韧性，可以减少手术创伤和促进伤口愈合。
此外，蜘蛛丝还可以用于制造人工血管、人工皮肤等医疗器械，为医学领域的发展提供新的可能性。
此外，蜘蛛丝还在纺织和服装领域有着广泛的应用。
蜘蛛丝具有良好的柔软性和透气性，可以制造出舒适、透气的纺织品。
一些科技公司已经开始研发蜘蛛丝纺织品，用于制造高端运动服装、户外装备等产品。
蜘蛛丝纺织品不仅具有出色的性能，还具有环保的特点，可以替代传统的合成纤维，减少对环境的影响。
此外，蜘蛛丝还在生物工程和能源领域有着潜在的应用前景。
科学家们已经成功地利用蜘蛛丝制造出高效的太阳能电池和储能器件。
蜘蛛丝的导电性和光学性能使其成为一种理想的材料，可以用于制造新型的能源设备。
此外，蜘蛛丝还可以用于生物传感器和生物芯片的制造，为生物医学和生物工程领域的研究提供新的工具和方法。
综上所述，蜘蛛丝具有出色的强度和韧性，被广泛应用于材料科学、医学、纺织和服装、生物工程和能源等领域。
为什么蜘蛛丝如此坚韧
为什么蜘蛛丝如此坚韧
蜘蛛丝是一种著名的天然纤维，因其坚韧性、柔韧性和轻巧性而备受瞩目。
许多研究者花费了大量的时间和精力探究蜘蛛丝的奥秘，其中某些研究即将开拓全新的纤维应用领域。
蜘蛛丝的制备
蜘蛛丝是由蜘蛛腺体内分泌蛋白而生成的。
蜘蛛腺体有许多不同类型，每一种都分泌不同种类的蛋白质。
通过“线腺”（源自后肠），蛋白质被拉伸成纤维，并在空气中自然凝结而成。
蜘蛛纤维的强度和韧性
蜘蛛丝的坚韧性传统上归功于其强度和柔韧性。
据说，蜘蛛丝的强度是钢的倍数。
这种韧性来自于其纤维结构。
类似于绷带的构造, 蜘蛛纤维是由许多细微的纤维束交织在一起的, 多层次的结构加强了其强度和刚性, 使其能够经受住大量的压力和拉伸。
蜘蛛丝的应用
考虑到其显著的机械特性, 蜘蛛丝被认为适用于人类环境中的各种应用领域。
如果科学家们能够开发出切实可行的方法，通过大量产生蜘蛛丝，就有可能在未来的建筑和工程中使用。
例如, 一些研究人员正在探索如何利用蜘蛛丝构建更坚固的建筑材料，可能会替代传统的钢铁框架。
除了建筑领域, 蜘蛛丝的应用领域还包括生物和医疗领域, 电子设备, 空气净化器, 防弹衣和体育设备等。
在医疗领域, 使用蜘蛛丝可能最大程度地减少其他材料对人体的负面影响, 特别是对于需要在人体内留置器具的患者。
结论
有证据表明，蜘蛛丝的性能可能比许多传统材料更出色，并具有许多应用领域的潜在可能性。
尽管蜘蛛丝的研究仍处于早期阶段，但科学家有望在未来开发出大规模生产蜘蛛丝的方法。
这将有助于推动大规模制造和商业化的发展，将蜘蛛丝和其它材料混合，用于许多不同类型的项目和应用。
蜘蛛丝
第三节蜘蛛丝蜘蛛丝是一种天然高分子蛋白纤维和生物材料。
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、抗紫外线、比重小、耐低温的特点，是其它纤维所不能比拟的。
纤维初始模量高、断裂功大、韧性强，是加工特种纺织品的首选原料。
蜘蛛丝由蛋白质组成，是一种可生物降解且无污染的纤维。
蜘蛛丝纺织品的生产可追溯至18世纪，最具代表性的是1710年巴黎科学院展出的蜘蛛丝长统袜和手套，这是人类历史上第一双用蜘蛛丝织成的长统袜与手套；1864年美国制作了另外一双薄蛛丝长统袜，所用的蛛丝是从500个蜘蛛喷丝头中抽取出来的，这种长统袜由于太薄而不能穿；1900年巴黎世界博览会上展示了用2.5万只蜘蛛吐出的9.14万米长的丝织成的一块长16.46m、宽0.46m 的布，该产品花费太高，没有带来商业利润。
到1997年初，美国生物学家安妮·穆尔发现，在美国南部有一种被称为“黑寡妇”的蜘蛛，它吐出的丝比现在所知道的任何蜘蛛丝的强度都高。
蜘蛛丝特殊的结构和性能已引起世界各国的关注，并在纺织、医疗卫生和军事领域产生了极其重要的影响。
目前，国内外许多科学家已通过基因工程将蜘蛛的基因移植到其它动植物体内，从而使蜘蛛丝纤维实现工业化生产的梦想成为现实。
一、蜘蛛丝的组成蜘蛛丝产生于蜘蛛体内特殊的分泌腺，这些分泌腺因蜘蛛的种类不同而各异。
到目前为止，生物学家共发现了7种类型的分泌腺，常见的有葡萄腺、梨状腺、壶状腺、叶状腺、集合腺等。
蜘蛛的种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种。
按吐丝种类的多少，蜘蛛可分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。
古蛛亚目的蜘蛛只能吐出一种丝；原蛛亚目的蜘蛛可吐出3种丝；新蛛亚目的蜘蛛可吐出7种丝。
一般来说，新蛛亚目所有的蜘蛛都会有7种丝腺，各种丝腺分别能吐出不同性质的蜘蛛丝(见表1-6)。
蜘蛛丝的主要成份是蛋白质，其基本组成单元为氨基酸。
蜘蛛丝中含17种左右的氨基酸，各种氨基酸的含量因蜘蛛的种类不同而存有一定的差异。
1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝要点
——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。
蜘蛛丝纤维
蜘蛛丝纤维蜘蛛是地球上最古老的物种之一，是自然界的神奇动物，经历了几百万年漫长的进化，蜘蛛已能够适应地球上几乎所有环境而生存下来，其最大的臂助正是本身独特的纺丝能力和令人惊讶的蛛丝性能。
蜘蛛是自然界产丝和用丝的“专家”，它们一生都离不开丝。
蜘蛛生产性能最优异的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以捕获猎物，赖以生存，繁衍后代。
蜘蛛，属节肢动物门蛛形纲蛛形目，种类繁多，会吐丝结网的大约有2万多种，按吐出丝种类的多少分为古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目。
科学家们早就注意到蜘蛛丝非同一般的性能并将它利用了起来。
早在1709年就出现了人类利用蜘蛛丝的记载，而且在第二次世界大战时，蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮的瞄准系统等光学装置的十字准线。
进入20世纪80年代,蜘蛛丝，尤其是牵引丝，以高强度、高弹性、高断裂功、低密度、良好的耐温及耐紫外线性能、良好的生物相容性等优异性能引起了各国材料、生物和化学等众多领域研究人员的极大兴趣。
科技的进步，亦使得破解蜘蛛丝的生物奥秘成为了可能。
1996年，美国Science杂志连载3篇文章，揭示了蜘蛛丝性质与结构的关系以及蜘蛛丝的奥秘，近几年，又连续发表了10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。
美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后对蜘蛛丝做了深入的研究,在利用基因和蛋白质测定技术解开蜘蛛丝奥妙的同时,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
蜘蛛丝的结构与性能蜘蛛丝能大量吸收动能，同时具有高弹性形变，究其原因，在于其奇妙的分子结构。
蜘蛛丝的化学本质为蛋白质，蛛丝蛋白的复杂氨基酸序列和空间结构赋予了外显的性能。
蜘蛛丝中分子排列是一种介于晶区与非晶区的中间相的存在。
结晶区主要为聚丙氨酸链段，构象为β- 折叠链，分子链或链段沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，栅片间距离是变化的，在0.93～1.57nm之间。
非结晶区由甘氨酸、丙氨酸以外的大侧基氨基酸组成，分子多呈α- 螺旋状结构。
蜘蛛丝的强度自然界最坚韧的材料
蜘蛛丝的强度自然界最坚韧的材料蜘蛛丝是由蜘蛛腺体分泌出来的一种纤维状物质，是自然界中最坚韧的材料之一。
它的强度和韧性远远超过了大多数人造材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨蜘蛛丝的结构与性能，以及其在生物学、工程和医学领域的应用潜力。
一、蜘蛛丝的结构与性能蜘蛛丝的强度和韧性源于其特殊的结构和化学组成。
蜘蛛丝主要由蛋白质组成，其中包含一种叫做“蛋白质Spidroin”的成分。
这种蛋白质在蜘蛛腺体中合成，通过腺体的导管被送到蜘蛛的蛛丝腺体，最后形成蛛丝。
蜘蛛丝的蛋白质Spidroin具有特殊的氨基酸序列，形成了一种有序的结构，这种结构赋予了蜘蛛丝其独特的性能。
蜘蛛丝的强度非常高，比钢铁的强度还要高。
据研究表明，某些蜘蛛丝的强度可以达到1.3 GPa，而钢材的强度只有0.6-0.7 GPa。
蜘蛛丝的韧性也很出众，可以在拉伸过程中承受很大的变形而不断裂。
这使得蜘蛛丝成为自然界中最坚韧的材料之一。
二、蜘蛛丝的应用潜力由于其独特的结构和性能，蜘蛛丝具有广泛的应用潜力。
1. 生物学应用：蜘蛛丝不仅仅是一种坚韧的材料，它在生物学中还发挥着重要的作用。
蜘蛛丝可以用来构建蜘蛛的巢穴和捕食的陷阱，用于捕捉食物。
此外，蜘蛛丝还可以用来制备仿生材料，模仿蜘蛛的丝网结构，用于捕捉空气中的微粒和灰尘。
2. 工程应用：蜘蛛丝的强度和韧性使其在工程领域有着广泛的应用前景。
例如，蜘蛛丝可以用于制备轻而坚固的复合材料，用于航空航天、汽车和建筑等领域。
此外，蜘蛛丝还可以用于制备高强度的纺织材料，用于制造防弹衣、钓鱼线等产品。
3. 医学应用：蜘蛛丝在医学领域的应用也备受关注。
由于蜘蛛丝的生物相容性和良好的生物降解性，它可以用于制备可吸收的缝合线、人工血管和组织修复材料。
此外，蜘蛛丝还具有一定的抗菌性能，可以用于制造抗菌纺织品和敷料。
综上所述，蜘蛛丝的强度和韧性使其成为自然界最坚韧的材料之一。
其独特的结构和性能不仅在生物学中发挥着重要的作用，还具有广泛的工程和医学应用潜力。
蜘蛛丝的强度和用途
蜘蛛丝的强度和用途蜘蛛丝是一种由蜘蛛体内分泌的蛋白质纤维，具有出色的强度和韧性，被誉为自然界中最坚韧的材料之一。
蜘蛛丝不仅在蜘蛛的生存和捕食中发挥着重要作用，也在人类领域有着广泛的用途。
本文将探讨蜘蛛丝的强度特点以及在不同领域中的用途。
蜘蛛丝的强度主要体现在其优异的拉伸性能上。
相比于钢铁和尼龙等常见材料，蜘蛛丝的拉伸强度更高，具有更好的韧性和弹性。
这得益于蜘蛛丝的特殊结构，其由蛋白质分子排列而成，呈现出类似螺旋结构的排列方式，使得蜘蛛丝具有超强的拉伸能力。
此外，蜘蛛丝还具有优秀的耐磨性和耐化学腐蚀性，使其在各种极端环境下都能保持稳定的性能。
在自然界中，蜘蛛利用其丝线构建网状结构，用于捕捉猎物。
蜘蛛网不仅具有良好的粘附性，还能承受猎物的冲击力，这离不开蜘蛛丝的强度和韧性。
蜘蛛丝的强度使得蜘蛛能够轻松捕捉比自身体型大得多的猎物，展现了其在生存竞争中的优势。
除了在自然界中的运用，蜘蛛丝在人类领域也有着广泛的用途。
由于其独特的物理性能，蜘蛛丝被认为是一种理想的工程材料。
科学家们试图模仿蜘蛛丝的结构和性能，开发出具有类似特性的人造纤维，用于制造高强度的材料，如防弹衣、航空材料、医疗缝合线等。
蜘蛛丝的强度和韧性也为生物医学领域提供了新的可能性，例如用于修复神经损伤的生物支架、人工血管等。
此外，蜘蛛丝还被应用于纺织品和服装行业。
由于其轻盈柔软的特性，蜘蛛丝被用于制作高档面料，具有良好的透气性和舒适性，深受消费者喜爱。
在建筑领域，蜘蛛丝也被用作新型材料，如蜘蛛丝混凝土，具有更好的韧性和抗裂性能，被广泛应用于建筑结构的加固和修复。
总的来说，蜘蛛丝以其独特的强度和韧性在自然界和人类领域展现出广泛的用途。
随着科学技术的不断发展，人们对蜘蛛丝的研究和应用也将不断深入，为各个领域带来更多的创新和可能性。
蜘蛛丝有哪些作用
蜘蛛丝有哪些作用蜘蛛丝是由蜘蛛自身分泌的一种特殊的蛋白质纤维，具有很多独特的物理和生物学特性。
蜘蛛丝除了用于蜘蛛的生活和繁殖之外，也有一些重要的应用价值。
下面将详细介绍蜘蛛丝的作用。
首先，蜘蛛丝具有优异的力学性能。
蜘蛛丝的强度比钢还高，而且具有很高的韧性，能够在牵拉后迅速恢复原状。
这使得蜘蛛丝具有广泛的工程应用潜力。
例如，科学家们已经成功地利用蜘蛛丝制造出了超强的仿生纤维，可用于制作高强度的材料，如防弹衣、高性能悬索桥等。
此外，蜘蛛丝的优异性能还有助于发展新型纺织品、医疗材料和运动装备等领域。
其次，蜘蛛丝具有良好的生物相容性。
与其他合成材料相比，蜘蛛丝不会引起免疫反应和过敏现象，因此可以广泛应用于医疗领域。
目前已经有研究者将蜘蛛丝应用于人工血管、修复组织、缝合线等方面，并取得了显著的效果。
此外，蜘蛛丝还具有较低的凝血和感染风险，使其在外科手术和创伤治疗中具有很大的潜力。
再次，蜘蛛丝具有优异的光学特性。
蜘蛛丝可以通过优化其结构和成分来调整其光学性能，如反射、透光和吸光等特性。
这使得蜘蛛丝在激光材料、光学传感器、纳米光学器件等领域具有重要应用前景。
此外，蜘蛛丝还具有极高的弯曲和拉伸弹性，有助于构建微纳加工和纳米技术中的柔性器件和传感器。
此外，蜘蛛丝还具有抗菌和防御功能。
蜘蛛可以使用蜘蛛丝构建坚固的巢穴，以防止天敌和破坏者。
蜘蛛丝中含有一些特殊的化学成分，具有抗菌和抗生物附着的作用。
这使得蜘蛛丝在医疗材料和生物防护方面具有很大潜力。
例如，蜘蛛丝可以用于制造抗菌纺织品、医用包扎材料和防护服等。
最后，蜘蛛丝还对环境具有积极的影响。
蜘蛛丝是一种可再生资源，可以通过养殖蜘蛛进行大规模生产。
与传统的合成材料相比，蜘蛛丝的制造过程更环保，并能够减少对自然资源的依赖。
此外，蜘蛛丝的引入还有助于提高生物多样性、控制害虫和维护生态平衡。
总结起来，蜘蛛丝具有独特的力学性能、生物相容性、光学特性和防御功能。
这些特性使得蜘蛛丝在工程、医疗、光学和环境领域有着广泛的应用前景。
1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝讲解
——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。
来自天然的高性能蜘蛛纤维
58中国纤检 2009年 第10期域外·视线Oversea & Line of Sight纺织业利用蚕丝已有5000年的历史。
丝织品属于蚕、蜘蛛和其他昆虫生成的一种纺丝蛋白纤维。
但蛛丝不像蚕丝，为人类广泛应用于生活。
原因就在于蜘蛛由于其孤独性和有害性，很难大规模饲养和收集。
另外，蛛丝的单根纤维很难具备蚕丝一样的品质，而蚕茧却能大量繁殖和饲养，其生命周期适合人类养殖。
但是，许多种类的蜘蛛却含有很高的丝蛋白，具有不同的聚合物化学链、氨基酸，这些物质可产生不同的作用。
例如，一种称为金纺蜘蛛（Nephila clavipes）可分泌至少6种以上的不同丝纤维，不同的丝产生不同的作用，具有环境铰链、牢固和柔韧性，其作用远远胜过蚕丝。
蚕丝与蛛丝人们利用生物丝是因为它具有很强的机械性、耐久性，光泽和手感都非常好。
迄今为止，世界上只有蚕丝和蛛丝代表着最强壮的天然丝纤维，并且只有这两种丝纤维能与合成纤维竞相匹敌，具有无与伦比的高机械性能。
不仅如此，金纺蜘蛛的蛛丝牵引纤维经收集和测试，人们发现其文/牟汝佳初始模量和抗张强度分别达到60 GPa 和2.9GPa，此外，这类纤维抗压抗变形性能高。
这使它们独树一帜，成为人类探究和利用的目标。
根据显微镜下的单根丝纤维的强度测试，蛛丝在扭结曲绕状态下，蛛丝和蚕丝几乎不存在断裂现象，而合成纤维丝却无法经受相对低的抗张压力。
蜘蛛丝与蚕茧丝均被看作半水晶性材料，拥有强烈的水晶质。
大多数丝从水溶性蛋白合成为水不溶性过程中，形成二次结构以便生成反平行氢键，但一般而言，蚕茧丝蛋白内含有的晶体物质要多于金纺蜘蛛丝。
随着更多的蛛丝和蚕丝蛋白研究开展，人们越来越明白，丝蛋白族系拥有许多共同点，但也具备了很多不同点，其不同点反映出不同的作用和属性。
蚕丝蛋白可形成一种蛋白纤维，属于丝胶蛋白的一种。
其主要成分为氨基酸化学分子，具有高度重复连续性，其蛋白链在世界各地都能找到。
作为结构性蛋白材料，其蛋白组的结构特性至关重要。
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。
蜘蛛丝
1、3、蜘蛛丝纤维蜘蛛丝的主要化学成分是甘胺酸（NH2-CH2-COOH）、丙胺酸（NH2-CH[CH3]-COOH）及小部分的丝胺酸（NH2-CH[CH2OH]-COOH），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。
长期以来，科学家一直在研究如何大量制造蜘蛛丝的方法。
丹麦阿赫斯大学的研究人员发现：蜘蛛造丝的蛋白质与酸接触时，它们之间相互叠合，连接成链状，从而使丝的强度大大增加。
美国麻省的国家陆军生物化学指挥中心和加拿大魁北克内克夏生物科技公司（Nexia Bio-technologies）从蜘蛛身上抽取出蜘蛛基因植入山羊体内，让羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊的纺丝程序，将羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝，这种丝又称为生物钢（Bio-Steel）。
用这种方法生产的人造基因蜘蛛丝比钢强4至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软和光泽，可用于制造高级防弹衣。
生物钢的用途广泛，还能制造战斗飞行器、坦克、雷达、卫星等装备的防护罩等。
蛛丝蛋白应用简介看起来细弱的蛛丝，具有“内刚”的特性。
它极的机械特性，使它具有了被仿制和工业应用的重要价值。
蜘蛛拖丝是由22，000多个碱基对编码的富含甘氨酸的多聚体。
很多普通溶剂难以降解拖丝。
从对蜘蛛Nephila clavata的拖丝和捕捉丝的机械性质的研究，以及紫外线和酸雨对它们强度影响研究结果看，可总结出以下几点：(1)拖丝的断裂压力大约为1500Mpa，断裂张力大约为0.3，模度大约为10Gpa，几乎与最好的人造纤维(如aramid纤维)相等；(2)捕捉丝的负载张力曲线是“J”型的，断裂张力量大于200%，但耐久负载比拖丝小得多；(3)紫外线照射和类酸雨可使丝降解〔5，6〕。
对于蜘蛛来说，织一张蛛网是件平常事，为了生存，它们要织网。
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第三种途径
+
利用植物来生产蜘蛛丝蛋白。这种方法是将能生产蜘蛛丝 蛋白的合成基因移植给植物，如花生、烟草和土豆等作物， 使这些植物能大量生产类似与蜘蛛丝蛋白的蛋白质，然后 将蛋白质提取出来作为生产仿蜘蛛丝的原料。如德国植物 遗传与栽培研究所(Institut fur Pflanzengenetik und Kulturpflanzen Forschung Gates Leben)将能复制Nephila clavipes蜘蛛拉索丝的蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给烟草和 土豆，所培植出的转基因烟草和土豆含有可观数量的类似 于蜘蛛丝蛋白的蛋白质，90%以上的蛋白质含有420-3600 个碱基对，其基因编码与蜘蛛丝蛋白相似，这种经基因重 组的蜘蛛丝蛋白含于烟草和土豆的叶子中，也含于土豆的 块茎中。由于这种经基因重组的蛋白质有极好的耐热性， 使其提纯与精制手续简单而有效。
科学家对蜘蛛丝十分青睐是由于它具有广泛用 途
目前，，例如：降落伞绳索和人造血管等。在自然界，蜘蛛丝旋转 成线状结构，但在实验室中这种蛋白质可以重新排列为球体、薄膜 和胶囊状。 美国一支科学家小组曾试着基因改良山羊，在羊奶中产生蜘蛛 丝蛋白质。现在使用合成基因诱导细菌产生丝蛋白来形成一种人造 蜘蛛丝，细菌产生的丝蛋白是蜘蛛丝中的一种结构蛋白质。 之 后蜘蛛使用该技术有效地培育这种细菌，将这种丝蛋白编 织在蜘蛛丝中。目前，这家东京庆应义塾大学附属公司在蜘蛛丝技 术方面申请了16项专利。他们还与一家 汽车零配件制造商合作建 立一个工厂，每个月可制造99.8公斤的合成蜘蛛丝。Spiber公司希 望2015年能够实现一年生产10吨合成蜘蛛丝。 公司总裁Kazuhide Sekiyama说：“这种合成蜘蛛丝具有多种 行业用途，例如：汽车制造领域和医学领域等。”
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。
蜘蛛丝属于蛋白质纤维，是一种天然高分子 纤维和生物材料，其具有很高的强度、弹性、 伸长、韧性及抗断裂性，同时还具有质轻、 抗紫外线、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。蜘蛛丝纤维优良的性能已引 起世界各国人士的关注，其特殊的结构和性 能在纺织行业、医疗卫生和军事等领域产生 了极其重要的影响。
仿蜘蛛丝纤维
蜘蛛丝是由一些被称为原纤的纤维索组成，而原纤又是几个厚度为 120nm的微原纤的集昝体，微原纤则是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子 化合物，蠕蛛丝蛋白则是由各种氨基酸组成的多肽链按一定方式组 合而成。分析表明，蜘蛛丝蛋白的氨基酸组成以智氨酸和丙氨酸为 主，二者之和约占70%，还有丝氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸和 络氨酸等。 蜘蛛丝具有很高的强度。有人发现，有的蜘蛛丝其强度 比芳纶和超高分子量聚乙烯纤维的强度还大，是钢的5～10倍。蜘 蛛丝的弹性和柔韧性都很好，耐冲击性强。耐低温性能好，在40℃的条件下仍能保持其弹性，在需要低温使用的场合，其优点特 别显著。蜘蛛丝是由蛋白质组成，因而是生物可降解的，不会对环 境造成污染。
蜘蛛丝纤维是具有优良强度、模 量、伸长度、断裂能以及质量轻盈、 耐紫外线等性能的蛋白质纤维，具 有生物相容性、生物可降解性和可 回收性。 但是，蜘蛛不能像养蚕那样能够 进行商业养殖，其地域性和进攻性 使其不能进行广泛的养殖；并且蜘 蛛吐出的丝并不是象蚕那样形成茧 丝，而是蜘蛛"网"丝，也就是所谓 的"拖丝"或"网络丝"。
第一种途径
+
加拿大Nexia生物技术公司宣布已经获得成功， 办法是将能复制蜘蛛丝蛋白的合成基因移植到山 羊，山羊生产的羊奶中就含有类似于蜘蛛丝蛋白 的蛋白质，据报导这种羊奶中含有经基因重组的 蛋白质2-15g/1，用这种蛋白质生产的纤维取名 生物钢(Biosteel)，其强度比芳纶大3.5倍。该公司 正研究如何将羊奶中的蛋白质进行纺丝的问题。 报导说他们已和加拿大国防部(Canadian Department of National Defence)草签了用这种纤 维生产防弹材料的协议，还和美国军队及美国航 天局(NASA)讨论了有关合作的问题。
蜘蛛丝随处可见，但要由它采取式样进行性能测试则是很难的事情，而且 蜘蛛的品种很多，不同品种不同类型的蜘蛛，其性能也有差异，一般说蜘 蛛丝的直径约为几个微米(人发约为100微米)，但强度特别大，据德国一 个研究所对一种名叫Nephila cIavipes热带蜘蛛的研究，其蜘蛛丝的直径为 0.74-1.16dtex，强度为6.4一8.2cN/dtex，在湿态下伸长有所增加，而强度 基本保持不变。有的报导说蜘蛛丝的强度比钢丝大5倍，而美国南部有一 种被称为"黑寡妇"的蜘蛛，其强度比钢丝大10倍，另有报导则说蜘蛛丝的 强度可以比杜邦的对位芳纶和联信的超高分子量聚乙烯纤维还要大。据美 国拉提克士兵中心(Natick Soldier Center)的研究，蜘蛛丝的抗紫外线辐射 的能力极好，抗张模量可达400-45OGpa。在现有的有机纤维中，其耐火 和耐热的性能是最好的，比间位芳纶高20倍。科学家们还对Nephila clavipes蜘蛛网圆周丝的初始模量、应力应变进行了测试，见表1。 表1 不同聚酚胺纤维的初始模量 (相对湿度65%，温度20℃) 初始模量 蜘蛛网圆周丝 锦纶6 对位芳纶 cN/tex 526 102 1754 N/mm2 6789 1163 25433
展望
目前这种纤维的呼声很高，特别是如果能用转 基因的方法从羊奶、牛奶中大量获得蜘蛛丝蛋 白，则这种转基因仿蜘蛛丝在价格上完全可以 和对位芳纶竞争，据说生产这种仿蜘蛛丝的费 用可降低到每公斤50美元以下，而目前蚕丝 的平均生产费用也要每公斤26-33美元。
由表可见，蜘蛛网圆周丝的初始模量明显高于锦纶6，。比对位芳纶低，但圆周丝 在蜘蛛丝中不是强度最好的。值得一提的是对位芳纶的断裂伸长只有2-5%，而蜘 蛛丝是36-50%。因而具有吸收巨大能量的性能。也曾试图研究蜘蛛丝的粘弹性能， 但很困难，后来采用应力与松弛相结合的方法，解决了这个问题，结果见表2。 从表2数据可以看出，蚕丝的粘弹性最大，其次是蜘蛛丝，而锦纶6的粘弹性 最小，这些不同的特性来源于材料本身的组成和结构的差异。蜘蛛丝的另一个重 要特性是它的耐低温性能。据报导，蜘蛛丝在零下40℃时仍有弹性，只有在更低 的温度下才变硬，在需要低温使用的场合，这种丝的优点特别显著。 由于蜘蛛丝是由蛋白质组成，因而是生物可降解的，不会对环境造成污染， 符合可持续发展的要求。 表2 应力与松弛的联合试验结果 蜘蛛丝 锦纶6 对位芳纶 蚕丝 杨氏模量N/mm2 5700 1519 12293 10825 粘性模量SKN/mm2 3451 363 5660 7200 松弛时间S 597 239 460 665
第二种途径
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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。
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。
医疗保健
有非常广泛的用途，由于蜘蛛丝是天然产 品，且由蛋白质组成，与人体具有相容性，因 而可用作高性能的生物材料，如人工筋腱、人 工韧带、人工器官，用于人体组织修复、伤口 处理和手术缝合线等。
航空航天
可用于制作结构材料、复合材料和宇航服 等。
建筑 可做结构材料和复合材料，用于桥梁、高 层建筑和民用建筑等。 农业和食品 可做捕捞网具，可用以替代会造成白色污 染的包装材料等。