蜘蛛丝

• 2000年1月，“biosteel”生物钢纤维诞生；
• 2009年， 日本学者与日本奈良县冈本制袜公司合作研制一 种更坚韧、更有弹性的“蜘蛛丝”短袜进入试制阶段。
蜘蛛丝分类概述
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。
鞭毛状腺
牵引丝： 综合 性质最好； 研究重点
大囊状腺 圆蛛族7种 丝腺
梨状腺
小囊状腺
集合状腺 葡萄状腺 管状腺
蜘蛛丝分类概述
综合 性质最好； 研究重点
蜘蛛丝形态结构
•外观金黄色，透明的多级结构蛋白质纤维，单丝，皮芯层结 构。 •横截面形态：接近圆形，无丝胶。 •纵向形态:丝中央有一道凹缝痕迹，平均直径约6.9 μ m，约 为蚕丝的一半（体积重量为1.34g/cm）。 •蜘蛛丝在水中会发生截面膨胀，而径向收缩。 Content 02 Content 03 横截面形态 微观结构形态 纵向形态
蛛丝富有弹性,可以更好地缓冲子弹的冲击力；
用于织造降落伞绸
改进
技术不够完备，无法进行大规模工业化生产。
市场前景及应用
•军事方面 蜘蛛丝 •可生物降解；
PK
凯夫拉尔（Kevlar®）纤维也称为 纤维B。是1968年美国杜邦公司的
发明成果。
Kevlar •造价较高； •生产过程不环保 （在高压下进行，
蜘蛛丝的制备
• 微生物寄主法
将蜘蛛丝基因转移到能在大容器里培养生长的细菌
原理
上,通过细菌发酵的方法来获得蜘蛛丝蛋白质,再把 这种蛋白质从微孔中挤出,就可得到极细的蜘蛛丝。
主要 研究机构
美国杜邦公司
缺陷
1价格高昂； 2基因转译不是很成功，最终得到的丝纤维比较脆。
蜘蛛丝的制备
•动物寄主法
原理
该方法就是利用遗传工程将蜘蛛丝的蛋白基因转移 到山羊或奶牛的乳腺细胞中。
3.蜘蛛丝有很强的扭转性能，其剪切强度比其它纤维(包括凯 夫拉)要高得多，它具有很高的扭转稳定性； 4.蜘蛛丝具有大的能量损耗能力，且有较高的干湿模量，在干 湿态下同时具有高拉伸强度和高延伸度。
机械性能
图中可看出，蜘蛛丝的韧性很好，远大于kevlar等其他纤
维,强度接近于高强钢。
化学性能
• 蜘蛛丝具有特殊的溶解特性，它所显示的橙黄色遇碱加深， 遇酸褪色，它不溶于稀酸、稀碱，仅溶于浓硫酸、溴化钾、 甲酸等，并且对大部分水解蛋白酶具有抗性；
假肢、人造肌腱等产品 , 具有韧性好、可
降解等特性；
研发方向
• 今后的研发方向主要有：
• 改进人造蜘蛛丝生产工艺，使其直径基本等于天然蜘蛛丝， 模仿其皮芯层结构；
• 继续完善蜘蛛丝基因序列、结构以及功能研究；
• 优化表达蜘蛛丝蛋白系统； • 在蜘蛛丝的人工基因生产方面，实验室研究已经取得一定 成果，但如何将这些成果应用于实际生产将是今后的研究 方向。
Thank You!
基因方法得到 蜘蛛丝蛋白
细胞溶解
过滤，真空环
境下加热，使 HFIP挥发
丝蛋白浓度 为1%(w/w) 的溶液
蜘蛛丝 蛋白膜
纺丝液
亲和色谱以及 离子交换色谱 的提纯
溶于HFIP
纺丝液
蜘蛛丝 纤维 纺丝， 凝固浴
纺丝， 凝固浴
蜘蛛丝 纤维
蜘蛛丝的制备
• 天然收集蜘蛛丝
1数量有限； 2难以饲养； 3质量无法控制；
蚕丝在110℃以 性，140℃就
现热稳定性， 下表现热稳定
300℃以上才
黄变
在-40℃条 件下已失去 弹性，易脆
开始变黄
物理性能
• 机械性能
1. 蜘蛛丝纤维具有良好的机械性能,如高强度、高伸长,高抗压 缩性等； 2.韧性大，蜘蛛丝具有良好的弹性，当伸长至断裂伸长率的
70％时，弹性恢复率仍可高达80％---90％；
主要 研究机构
中国科学院上海生命科学、生物化学与细胞生物学 研究所 1使蚕丝的性能得到改善；
优缺点
2蚕类便于饲养；
3目前此方法还不能投入工业化大规模生产。
市场前景，开发利用
蜘蛛丝作为生物纤维材料，其优异的力学性能、生物相容性、
透水性、透气性和可生物降解性是化学纤维所不可匹敌的。
纺织
军事
医疗
领域
领域
• 蜘蛛丝在水中有相当大的溶胀性，纵向有明显的收缩；
• 在加热时，蜘蛛丝能微溶于乙醇中； • 由于蜘蛛丝的构造材料几乎完全是蛋白质，所以它是生物 可溶的，并可以生物降解和回收，不会对环境造成污染。
生产工艺流程
•基因技术得到的丝蛋白溶 •再生蜘蛛丝蛋白溶液的纺丝 液的纺丝
溶解在HFIP 溶液中
天然蜘蛛 丝牵引丝
资料来源
• • • • • • • • • • • • • [1]许箐,潘志娟 蜘wk.baidu.com丝蛋白的人工合成及人造蜘蛛丝 苏州大学学报(工科版） 第25卷第1期 2005年2月 [2] 刘庆生段亚峰 蜘蛛丝的结构性能与研究现状 2005年第2期 四川丝绸 [3] 邵敬党 蜘蛛丝的性能特征分析 棉纺织技术 第33卷 第11期 [4]王来力蜘蛛丝与蚕丝的比较研究《河北纺织》2009年第二期（总137期） [5]袁晓红 蜘蛛丝的研究进展及应用 2005年10月 [6] 王伟霞 刘长军 周翠荣 王靖雯 纺织新材料——蜘蛛丝 纤维技术 2004.1 [7]|王颖 徐伯俊 防刺服的现状及发展趋势 服装技术 应用技术Apparel Technology [7]林晨 新型纤维蜘蛛丝 天津纺织科技 总第190期 [8] 蒋平，肖永红，吕太勇，廖信军 蜘蛛丝的结构与机械性能研究进展 井冈 山大学学报(自然科学版) 第31卷第4期 2010年7月 [9] 邬文文 基因技术在新型纤维制造领域上的应用 中国纤检2010年2月（上） [10]盛家镛，潘志娟，陈宇岳，苏雯萍蜘蛛丝的化学组成与结构初探 丝绸 2000年第4期 [11]王志祥 纤维之星——人造蜘蛛丝 科技发展与展望· [12]张玉晴 马黄如 程诗萌 蛛丝蛋白研究进展 生物学教学 2011年（第36卷） 第二期
的丝蛋白。
主要 研究机构
德国Catersleben 研究所
1成本低廉，仅及细菌遗传工程的1/10～1/20；
优缺点
2植物中的丝基因不易发现重组丢失；
3目前用从这种植物中提取的蜘蛛丝蛋白纺丝并不成功。
蜘蛛丝的制备
•蚕寄主法
利用蚕作为蜘蛛丝基因的表达载体。通过“电穿孔”
原理
法，使其蛋白质通过植入蜘蛛丝的基因而得到改性， 从而生产出仿蜘蛛丝的新纤维。
领域
市场前景，开发利用
•纺织方面
特点
蜘蛛丝弹性好、柔软,而且穿着舒适
强度大,可制成极耐磨的衣物
绿色环保无污染，真正实现原料、加工零污染
改进
人们已经相当成功地利用蜘蛛丝进行纺丝加工和织造
加工,如何将蛛丝制成织物将是下一个主要课题。
市场前景，开发利用
•军事方面
特点
蜘蛛丝强度大、柔软、质轻，适合制造防弹衣；
• 中世纪开始,古希腊人就懂得使用蛛网作伤口敷裹布来帮助
血液快速凝固，为伤口止血； • 1710 年，巴黎科学院展出了人类历史上有记载的第一双用
蜘蛛丝织成的长统袜和手套；
• 1900 年，巴黎世界博览会上展示了一块由25000 只蜘蛛生 产的100000 码丝织成的18 码长18 英寸宽的布； • 1997 年初,"黑寡妇"蜘蛛被发现,它吐出的丝比现在所知道 的任何蜘蛛丝的强度都高；
主要 研究机构
加拿大蒙特利尔Nexia生物工程公司
改进
人们考虑到山羊对植被的影响,比较起来,对牛进行 转基因实验的前途更广阔,事实上,一头牛的产奶 量比一只山羊的产奶量远远高得多。
蜘蛛丝的制备
•植物寄主法
原理
该方法是将蜘蛛丝蛋白基因插入一些植物如马铃薯 和烟草植物, 使这些植物在它们的组织中制造大量
• 人工合成蜘蛛丝
技术不断提升，大规模生产可行性较大。
蜘蛛丝的制备
•蜘蛛丝的人工合成 山羊奶 牛奶 蚕 “电穿孔”方法
加拿大Nexia生物工程公司 中科院 微生物 寄主法 动物寄 主法 植物寄 主法 蚕寄 主法
大肠杆菌
酵母菌 美国 杜邦公司
马铃薯
烟草 德国Catersleben 研究所
•生产流程非常环保
（在正常室温和压力 之下，加入水和蛋白
质即成）；
•断裂伸长率达27%； •富有弹性,可以更好
配以有毒的浓硫酸
才能制成）； •断裂伸长率＜5%
使用Kevlar制作的防 弹衣
地缓冲子弹的冲击力。 •强度大。
市场前景及应用
•医疗方面
特点
1.是蛋白质纤维,与人体具有“兼容性”；
2. 用于制成人工关节、韧带、人类使用的
物理性能
• 密度一般为1．2～1．35 g／cm³； • 表面光滑柔和，光泽亮，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，悬垂性优于蚕丝。
物理性能
• 热稳定性
蜘蛛丝 200℃以下表
PK
一般蚕丝
蜘蛛丝 在-40℃时 它仍有弹 性，不易 变脆，变 硬
PK
一般 合成纤维
新
型
服
用
纤
维
—
—
蜘蛛丝
目录
1 2 3 4 5 6 背景 蜘蛛丝分类概述 蜘蛛丝形态结构 蜘蛛丝性能 蜘蛛丝生产制备 蜘蛛丝市场前景及发展趋势
背景——概述
力学性能 优良 生物 可降解
轻盈
蜘蛛丝 纤维
耐高温 耐低温 蜘蛛丝制成的披肩 蜘蛛丝：“生物钢”， 特殊的蛋白质纤维。
耐紫外线
背景——发展纪元