仿蜘蛛丝的研究与开发
蜘蛛丝的研究进展及应用
收稿日期:20041209作者简介:袁小红(1981),女,陕西省人。
西安工程科技学院纺织与材料学院03级研究生,专攻纺织材料与纺织品设计专业。
产品开发蜘蛛丝的研究进展及应用袁小红(西安工程科技学院,西安 710048)摘 要:介绍了蜘蛛丝的概况及研究历史,概述了蜘蛛丝的物理、化学及机械方面的性能,综述了国内外利用生物技术人工生产蜘蛛丝研究的状况及进展,同时也分析了蜘蛛丝在纺织制衣、军事、医疗、高强度材料等方面的应用。
关键词:蜘蛛丝;性能;人工生产;应用中图分类号:TS1021512 文献标识码:B 文章编号:10023348(2005)05003003 随着科学技术的发展,人们对于高强度、高韧性纤维的研究也越来越深入,无论从科学角度还是从使用角度来看,探索高强度、高韧性纤维材料的极限,检测影响材料兼具强度和韧性的因素都是很有意义的。
蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维,是天然的高分子纤维和生物材料。
它具有特殊的机械(力学)性能(如很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂性能等等),以及比重小、较耐紫外线、生物可降解等优点,其优异的综合性能是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。
蜘蛛丝以其优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注。
近年来美国、加拿大以及欧洲一些大学和实验室运用生物学、遗传学、高分子技术等知识对蜘蛛丝进行了全面研究,利用基因和蛋白质测定技术揭开了蜘蛛丝的奥秘,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
1 蜘蛛丝的概况及研究历史蜘蛛和蚕一样,都属于节肢动物,但蚕是六条腿的昆虫幼体,而蜘蛛是八条腿的蛛形纲成虫。
蚕丝的功能是形成保护性的蚕茧来包裹着幼虫以利于它继续成长,而蜘蛛丝的功能是提供支撑作用。
因此,它比蚕丝更结实,并且可长达一英里。
蜘蛛的种类多得惊人,可能有7万多种。
对于蜘蛛的研究,报道最多的是对金黄色圆网蜘蛛、十字圆蛛和大腹圆蛛丝的研究。
人们所见的蜘蛛并非由一种蜘蛛丝组成,而是由几种分别来自体内7个不同腺体的丝组成,其氨基酸组成不同,性能不同,用途也不同。
仿蜘蛛丝纤维
•结构和性能
•蜘蛛丝蛋白的剖析 蜘蛛丝 蜘蛛丝蛋白的溶解和纺丝 •仿蜘蛛丝纤维的应用
蜘蛛丝的结构和性能
1，蜘蛛丝属于蛋白质纤维，一般蜘蛛丝包含捕 捉丝（捕获猎物），径向丝（辐条状）及圆周网 丝三种类型的丝（有的蜘蛛能产生八种类型的 丝）。捕捉丝蛋白在蜘蛛的鞭毛腺体中合成，而 径向丝和圆周丝蛋白则在蜘蛛的壶腹腺中合成。 蜘蛛的腺体液离开蜘蛛身体后立即固化成蛋白质 纤维，固化后的蜘蛛丝不溶于水并具有优良的性 质 2，蜘蛛丝有一些被称为原纤的纤维束组成。
和民用建筑等的结构材料和复合材料。 农业和食品方面；用做捕捞网具，代 替造成白色污染的包装塑料等
医疗和保健方面
防弹背心
防刺服 防割手套 防割不燃手套 及臂套
谢谢！
仿蜘蛛丝纤维
未来的生物钢
2013-8-1
中文名：仿蜘蛛丝纤维
简介
英文名：man-made spider fiber 别名：人造蜘蛛丝纤维
在自然界中，蜘蛛生产着最细的丝线， 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。科学家 们开始注意到蜘蛛丝非同一般的性能。
性能
（1 ）蜘蛛丝很细而强度却很高，它比人发 还细，而强度却比钢丝还要大。 （2）它的弹性和柔韧性都很好，耐冲击力 强。 （3）它无论在干燥状态还是在潮湿状态下 都有很好的性能。 （4）蜘蛛丝有很好的耐低温性能。 （5）蜘蛛丝是有蛋白质构成的，是生物可 降解的，因而对环境是无害的。
黑寡妇
蜘蛛丝性能
4，蜘蛛丝 弹性、伸长、韧性及抗断裂性好 5，质轻、耐紫外线、比重 6，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。
蜘蛛丝蛋白的剖析和合成
生产蜘蛛丝蛋白的三 种途径 1，利用动物 （奶牛或奶羊）来 生产 2，利用微生物 （细菌或酵母菌） 来生产 3，利用植物来 生产
三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究
三种蜘蛛丝蛋白基因结构及仿生蛛丝的性能研究摘要：蜘蛛丝是一种自然纤维材料，具有出色的力学性能和生物相容性。
在过去几十年中，蜘蛛丝研究的发展引起了越来越多工程学及生命学领域的注意。
因此，本文将结合三种蜘蛛丝蛋白基因的结构及仿生蛛丝的性能展开研究探讨。
引言：蜘蛛丝是一种生物材料，其功效是在自然演化过程中形成的，其力学，生物相容性和可纺性是众所周知。
近年来，仿生学研究也向蜘蛛丝方向聚焦。
许多科学家利用生物技术，开发出新型的人造蜘蛛丝文件，增强材料性能是其研究热点。
在这篇文章中，我们就来介绍三种蜘蛛丝蛋白基因的结构及仿生蛛丝的性能的研究情况。
正文：1. 常见的蜘蛛丝蛋白基因类型现阶段对蜘蛛用来构造蛛丝的基因综合了多个蛋白质。
来自蜘蛛腺体中的蜘蛛肌提供能量来产生拉伸力，而蛛丝的加工和变形则由不同类型的蛋白质来完成。
这三种基因分别为MaSp1，MaSp2和AcSp1，以下分别介绍：(1) MaSp1蛋白质MaSp1是蜘蛛基因组中最长的蛋白质之一，约有600至800个氨基酸残留。
MaSp1包含6个与泛素相似的重复序列，其各自长度大概为120至135个氨基酸。
(2) MaSp2蛋白质MaSp2是一种较短的蛋白质，长度大约为200个氨基酸。
MaSp2与MaSp1不同，在其氨末端和羧末端都有富含谷氨酸和精氨酸的序列，成为一种反复出现的单元。
此外，它还包括两个直接重复序列，并伸展到N 端和 C 端。
(3) AcSp1蛋白质AcSp1是一种不同于MaSp1和MaSp2的蛋白质。
AcSp1蛋白质的长度大约在110 ~ 140个氨基酸之间。
相比于MaSp蛋白，AcSp1存在着更多的极性和带电氨基酸，几乎没有互相重叠的序列，这可能对Fib X（Fib发生素X，是造成蜘蛛蛛丝固化的酶）的发生和Nox（NADPH氧化酶）的抑制具有重要作用。
2. 蛛丝纤维的力学性能由于蜘蛛丝是迄今为止地球上发现的最强的天然纤维，因此从它身上吸取技能值是非FAQ的。
仿生学与天然蜘蛛丝仿生材料
１０６８高等学校化学学报Ｖ０１．３ｌ层层组装复合材料膜的固化过程，所制备的复合材料具有单一组分３倍的强度和韧性．通过这种多层次结构仿生层层组装法，制备高强度高分子复合体系材料，打破了传统物理复合增强方法局限于特殊纳米材料／高分子体系的格局，从一个完全不同的视野给人们展示了一种全新的仿生设计方法．高分子材料通常具有较低的密度，以高分子复合体系制备的天然蜘蛛丝仿生材料具有轻质特点．有关采用多层次结构仿生层层组装法制备天然蜘蛛丝仿生材料的研究报道很少，该方法还未发现用于天然蜘蛛丝仿生材料的制备．２．５金属元素仿生渗透注入法自然界某些生物体，如昆虫角质层、下颌骨、螫针、钳螯、产卵器等，由于含有极为少量的金属元素（如Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｃｕ等）而大大改善了这些部位的力学性能，特别是其刚度和硬度啪。
引．人们模仿生物体的这种特性，对天然蜘蛛丝自身进行了仿生修饰．Ｌｅｅ等Ⅲ。
通过多重脉冲气相渗透技术Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＰＵ／ＰＡＡｉａｙｅｒ．ｂｙ．（ＭＰＩ），将金属ｚｎ，Ｔｉ和Ａｌ引入到天然蜘蛛丝中，蛔ｅｒａ跚ｍｂｌｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍ脚…他们认为在水蒸气和副产物气体（如甲烷或者异丙（Ａ）ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｏｃｅｄｕｍｆｏｒｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＰＵ／ＰＡＡｆｉｌｍｓ：醇）破坏蜘蛛丝分子间氢键的同时，一方面，Ｚｎ２＋，（１）ｔｈｅｆｉｌｍｓａｌｌｏｗｅｄｓｗｅｌｉｎｗａｔｏｒ，（２）ａｎｙｎｕｍｂｅｒｏｆＡ１３＋和Ｔｉ４＋金属离子在氢键位点形成了金属．蛋白丘ｈｍ锄８眦ｋｅ８ｔｏｇｅ山”ｉｎｔｏ““批“栅咖陀岫ａｃｈｌ叭”‘络合物或更强的共价键，另外使卢一折叠片晶相尺寸：：：‰芝，血ｅ慧＝＝譬乏ｕ伽：减小，非晶相组分则相对增加，从而使天然蜘蛛丝ｅｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ岫ｋｉｓｌ＇ｅｍｏｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｐｒｅｓｓ；（Ｂ）ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆ的强度、模量、伸长率及坚韧性大大提高．图３为１００．ｂｉｌａｙ。
仿生学研究中的新型材料
仿生学研究中的新型材料随着科学技术的发展，人们对仿生学研究的关注度越来越高。
仿生学是一门研究生物学、生物力学、化学、物理等学科的交叉科学，通过模仿自然界的物种或其组成部分，寻找新的材料或新的机械结构，并利用其功能或性能作为技术的设计方案。
仿生学的重要性在于，通过从自然中获取灵感，我们可以改进现有的技术，创造新的材料和设备。
在仿生学研究中，新型材料的研发一直是一个重要的研究方向。
作为一种应用性很强的新材料，能够为人类的生活带来诸多便利和创新，下面我们就来看看仿生学研究中的新型材料有哪些。
1. 蜘蛛丝蜘蛛丝是自然界最坚韧的材料之一，比钢铁还要强度高六倍。
目前，科学家们正在尝试通过人工合成蜘蛛丝，以应用于制造耐磨、抗拉、高强度的材料。
这些材料可以被用于制造防弹衣、飞机、汽车和运动器材等。
据悉，在仿生学研究中得到灵感，科学家们已经开始制造利用人造蜘蛛丝的材料了，这些材料拥有很好的塑性强度和耐用性，可以开发出许多新的应用领域。
2. 贝壳贝壳也是一种引人注目的仿生学研究材料。
通过研究贝壳的构造，科学家们发现它们具有惊人的力学性质和化学特质。
例如，贝壳可以抵御极高的压力，其矿物质成分对于化学腐蚀也有很强的耐受力。
仿生学研究中的贝壳获得了广泛应用，如在建筑学上，因其柔韧度极高而可用于制造曲线型外墙材料，可用于制造高强度玻璃在飞机和汽车的窗户中，也可用于建筑防水材料，以及食品包装材料等无数领域。
3. 莲花叶莲花叶不仅美丽，而且具有防水性，其表面上的细微结构可防止水和微粒渗入，因此，在仿生学研究中莲花叶也得到了很好的应用。
基于莲花叶的防水特性，在建筑、船舶、汽车、服装等领域得到广泛应用，包括制作特种防水材料、生产防水睡袋、在电子设备上使用等。
此外，所开发的各种新型高效防水材料在水利、电力及化工等行业的涉水、涉油设备上都有着较为广泛的应用和推广。
4. 蝴蝶翅膀蝴蝶翅膀之所以受到仿生学研究者的关注，是因为它们具有一种独特的结构。
仿生学技术例子
仿生学技术例子仿生学技术是模仿自然界生物的形态、结构和功能，应用于工程和技术领域的一门学科。
下面是一些符合标题要求的仿生学技术例子。
1. 蜘蛛丝的仿生应用蜘蛛丝具有轻、坚韧和柔韧的特性，科学家们通过研究蜘蛛丝的结构和组成，开发出仿生材料，用于制造轻便且坚韧的材料，如防弹衣、高强度绳索等。
2. 鱼鳞的仿生设计鱼鳞的表面具有微小的齿状结构，使得水能够更加顺畅地流过，减少水的阻力。
仿生学家利用这一原理，设计出了减少飞机和汽车阻力的表面涂层，提高运输工具的燃油效率。
3. 蝴蝶翅膀的仿生技术蝴蝶翅膀的色彩是由微小的鳞片组成的，每个鳞片上都有微小的凹凸结构，使光线在翅膀上发生多次折射和干涉，形成独特的色彩。
仿生学家通过研究蝴蝶翅膀的结构，开发出具有类似效果的光学材料，应用于光学显示和光学存储领域。
4. 蚂蚁的群体行为模拟蚂蚁通过释放信息素和相互之间的通信，实现了高效的群体行为，如寻找食物、修建巢穴等。
仿生学家研究蚂蚁的行为模式，设计出智能算法和机器人控制系统，用于解决路由优化、物流调度等问题。
5. 花朵的自清洁特性花朵表面的微结构和特殊的化学成分使其具有自清洁的能力，花朵上的污垢无法附着在表面上。
仿生学家利用花朵的自清洁原理，开发出自洁涂料和自洁玻璃等材料，应用于建筑和汽车领域。
6. 蝙蝠的声纳定位技术仿生蝙蝠利用发出超声波并接收回波的方式实现定位和导航。
仿生学家通过研究蝙蝠的声纳系统，设计出声纳传感器和算法，应用于无人机、自动驾驶汽车等领域。
7. 节肢动物的骨骼结构仿生节肢动物的骨骼结构轻巧且坚固，使其能够进行复杂的运动。
仿生学家借鉴节肢动物的骨骼结构，设计出轻便且高强度的材料，用于制造机械手臂、外骨骼和仿生机器人。
8. 蛙类的黏附能力仿生蛙类的脚掌上有微小的凹凸结构和特殊的分泌物，使其能够在垂直表面上黏附。
仿生学家研究蛙类的黏附机制，开发出仿生黏附材料，应用于吸盘机器人、医疗贴剂等领域。
9. 鸟类的飞行技术仿生鸟类具有优秀的飞行能力，其翅膀的形状和结构对飞行性能有重要影响。
仿生蜘蛛研究报告
仿生蜘蛛研究报告1. 前言本研究报告基于对仿生蜘蛛的研究与分析，旨在探讨仿生蜘蛛的结构、运动机制以及可能的应用领域。
通过研究蜘蛛的优秀特性，可以为机器人设计、材料科学等领域提供启示和借鉴。
2. 背景2.1 仿生学简介仿生学是一门研究生物学原理并将其应用于工程和设计中的学科。
该学科旨在从生物的结构、功能和行为中获取灵感，将其应用于技术和工程领域，以提高现有技术的效率和性能。
2.2 蜘蛛的特点蜘蛛是一种具有出色生存能力的小型无脊椎动物，其独特的结构和独特的运动方式为仿生学的研究提供了重要的参考。
3. 仿生蜘蛛的结构研究3.1 外骨骼蜘蛛具有坚硬的外骨骼，能够保护其内部器官并为身体提供支撑。
仿生学家可以通过研究蜘蛛的外骨骼结构，设计出更加坚固和轻量化的材料，应用于航空航天等领域。
3.2 纺丝器官蜘蛛的纺丝器官是其用来制造网的重要部分。
通过研究纺丝器官的结构和机制，可以为纺丝技术和材料研发提供启示。
目前已有许多仿生纺丝技术在材料科学、医学等领域得到了广泛应用。
3.3 运动器官蜘蛛的运动器官和行动方式也是仿生研究的重要方向。
蜘蛛能够利用它们特殊的运动机制在复杂的环境中迅速移动。
这种灵活性和高效性为机器人技术的发展提供了有益的启示。
4. 仿生蜘蛛的运动机制研究4.1 步态分析蜘蛛的步态是其特殊运动机制的关键。
研究员通过观察蜘蛛的行走方式，分析不同腿部的运动模式，并尝试将其运动模式应用于机器人的设计和控制。
4.2 粘附特性蜘蛛脚上的微小结构使它们能够在多种表面上爬行，并取得良好的粘附效果。
通过深入研究蜘蛛脚上的粘附特性，研究人员可以改进粘附材料的设计和制造，为工程应用提供支持。
4.3 智能感知蜘蛛在环境中具有良好的感知能力，能够根据外部环境的变化做出相应的行动。
通过仿生蜘蛛的感知机制，可以提高机器人的自主性和适应性。
5. 仿生蜘蛛的应用前景5.1 环境勘测基于仿生蜘蛛的机器人可以用于各种环境勘测任务，例如在灾难现场进行探测和救援工作，或在危险环境中进行勘测和监测。
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。
天然蜘蛛丝仿生材料
天然蜘蛛丝仿生材料摘要采用仿生学原理, 设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域. 天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维, 具有高比强度( 约为钢铁的5 倍) 、优异弹性( 约为芳纶的10 倍) 和坚韧性( 断裂能为所有纤维中最高) ,为自然界产生最好的结构和功能材料之一, 它在航空航天、军事、建筑及医学等领域表现出广阔应用前景. 受自然界蜘蛛丝启发, 天然蜘蛛丝仿生材料的研究迎来了机遇, 同时也给人们展示了许多新颖的仿生设计方法. 本文从不同仿生学角度综述了天然蜘蛛丝仿生材料的发展, 并提出了一些看法和思考。
1．天然蜘蛛丝结构、功能及应用天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料 , 属于一种生物弹性体纤维 , 它是自然界产生最好的结构和功能材料之一 . 表 1 列出了天然蜘蛛丝和其它几种典型材料的力学性能 , 通过比较可以发现 , 天然蜘蛛丝优良的综合性能 , 特别是其高比强度 ( 约为钢铁的 5 倍 ) 、优异弹性 ( 约为芳纶的 10 倍 ) 和坚韧性 ( 断裂能 180MJ /m3 为各材料中最高) 是其它天然纤维与合成纤维所无法比拟的。
此外 , 天然蜘蛛丝还显示出特别的扭转形状记忆效应 , 当它被扭转到其它准平衡位置时 , 由于高阻尼效应 , 它几乎不振荡 , 并且不需要任何额外的刺激就能以指数方式完全恢复到其初始的状态 , 从而有效防止悬挂在空中的蜘蛛转动摇摆正是由于天然蜘蛛丝具有质轻、超坚韧性、突出形状记忆效应及生物相容性好等特性 , 因此 , 它在航空航天 ( 如飞机和人造卫星的结构材料、复合材料 ,宇航服装 ) 、军事 ( 如坦克装甲、防弹衣、降落伞 ) 、建筑 ( 如桥梁和高层建筑的结构材料 ) 、医学 ( 如人造关节、肌腱、韧带 ) 等领域表现出广阔的应用前景 . 其实 , 早在 l709 年就出现了人类利用天然蜘蛛丝的记载 , 而且在第二次世界大战时 , 天然蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮瞄准系统等光学装置的十字准线 . 天然蜘蛛丝已吸引了世界各国科学家的巨大兴趣和广泛关注。
仿生蜘蛛设计报告
仿生蜘蛛设计报告引言仿生设计是一种把生物学的原理应用于工程设计的方法。
在本报告中，我们将介绍一种仿生设计的实例——仿生蜘蛛。
蜘蛛以其独特的结构和行为方式闻名，因此，通过对蜘蛛进行仿生设计，我们可以从中获得有助于解决现实问题的灵感。
设计原理蜘蛛的身体结构和运动方式可以为我们提供很多启示。
首先，蜘蛛的腿部结构非常灵活，能够适应各种不同的地形和环境。
其次，蜘蛛具有优秀的感知能力，能够通过触角感知到周围的环境变化。
此外，蜘蛛还有一套复杂而精确的捕食行为，能够通过自己编织的网来捕捉猎物。
基于以上的设计原理，我们提出了仿生蜘蛛的设计方案。
设计方案我们的仿生蜘蛛将采用类似于蜘蛛的腿部结构，以及感知环境和捕食的能力。
具体设计方案如下：腿部结构仿生蜘蛛的腿部将采用多关节的设计，每个关节都能够自由运动。
这样的设计可以使仿生蜘蛛具有出色的运动灵活性和适应性。
我们将使用强度高、重量轻的材料制作腿部，以确保蜘蛛在移动时能够尽可能减少能量消耗。
感知能力仿生蜘蛛的感知系统将采用触角感应器和摄像头。
触角感应器可以帮助仿生蜘蛛感知到周围的障碍物和环境变化，从而避免碰撞和捕获猎物。
摄像头则可以提供视觉信息，使仿生蜘蛛能够感知到更远处的目标和周围的地形。
捕食行为仿生蜘蛛将具备编织网的能力，从而能够捕捉到飞行的昆虫等猎物。
我们将使用特殊的材料制作仿生蜘蛛的网，以确保其具有足够的韧性和粘性。
此外，仿生蜘蛛还将具备快速反应的能力，一旦有猎物被网触动，它能够迅速将猎物缠住并进行捕食。
应用领域仿生蜘蛛的设计可以在很多领域中得到应用，下面是一些可能的应用领域：•探索和救援：仿生蜘蛛可以用于探索危险环境，如灾难现场、建筑物内部等。
它们灵活的运动和感知能力可以帮助人们更好地了解环境和寻找被困者。
•农业和园艺：仿生蜘蛛可以帮助农民和园艺爱好者更有效地控制害虫。
它们具备捕食和编织网的能力，可以在室内或室外环境中捕捉害虫，从而减少对化学农药的依赖。
•建筑工程：仿生蜘蛛的灵活运动和感知能力可以在建筑施工过程中帮助人们更好地控制施工质量和安全。
天然蜘蛛丝仿生材料
Heat Filtration
Protein
Prince J.T. et al, Biochemistry, 1995, 34(34): 10879-10885;
Spider silk
哺乳动物作为载体进行基因表达 山羊通过泌乳产 生蜘蛛丝蛋白
猪通过泌乳产生 蜘蛛丝蛋白
家蚕作为载体进行基因表达
Thomas Scheibel , Microbial Cell Factories. 2004, 3(14) Yungen Miao, Yuansong Zhang, Koiehi Nakagaki .,Applied Microbiology and Biotechnolo1 天然蜘蛛丝的组成与结构
自然条件下，蜘蛛网主要由 捕捉丝、径向丝以及圆周丝 三种类型的丝构成，捕捉丝 蛋白在蜘蛛的鞭毛腺体中合 成，而径向丝和圆周丝蛋白 则在蜘蛛的壶腹腺中合成， 蜘蛛的腺体液离开腺体后经 过脱水固化为蛋白纤维。
Randolph V. Lewis, Chem. Rev. 2006, 106, 3762-3774
Heim M., Keerl D. Scheibel T., Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48(20), 3584-3596
2.1 蛋白基因仿生生物表达法
在获取天然蜘蛛丝各种蛋白基因组成信息的基础上， 通过构建天然蜘蛛丝相应的部分蛋白基因，然后采用生 物工程信息技术手段，将这些蛋白基因寄托于某种生物 载体（微生物、植物、 哺乳动物、家蚕等）进行表达并 生产，从而获得包含天然蜘蛛丝部分蛋白基因结构的蛋 白质原料，然后将蛋白质原料经过特殊的纺丝程序，放 出人工蜘蛛丝。
Guido w. M. Vandermeulen, et al,, Biomacromolecules, 2006,7, 1005-1010;
人造蛛丝的说明方法
人造蛛丝的说明方法人造蛛丝是指科学家们通过生物工程技术或合成化学方法制造出来的与蜘蛛丝具有相似性质的材料。
蜘蛛丝是一种天然的生物高分子材料，具有轻盈、柔韧和高强度的特性，因此具有广泛的应用价值，可以用于制造高性能的纺织品、医疗材料、敏感传感器等。
目前，人造蛛丝的制备方法主要有两种：一种是通过利用蜘蛛的生物基因工程方法，使其表达出具有蜘蛛丝基因的其他物种；另一种是通过化学合成方法制备人工蛛丝。
在生物基因工程方法中，科学家们首先需要确定目标材料的特性和蛛丝基因的序列。
然后，利用分子生物学技术从蜘蛛的基因组中提取包含蛛丝基因的DNA序列，并进行基因克隆和修饰。
接下来，将修饰后的蛛丝基因序列导入到大肠杆菌等常见微生物或其他细胞中，使其能够表达出蛛丝蛋白。
最后，通过培养和提取等方法，获得人造蛛丝材料。
在化学合成方法中，科学家们通过有机合成化学反应将蜘蛛丝的主要组成成分蛋白质合成出来。
首先，他们需要确定人造蛛丝所需的蛋白质结构和特性。
然后，通过有机化学合成方法，合成出与蛛丝相似的蛋白质或蛛丝素。
最后，通过相应的加工和处理方式，将合成的蛋白质或蛛丝素转化为人造蛛丝材料。
无论是生物基因工程法还是化学合成法，制备人造蛛丝的关键在于确保材料的物理特性和结构与自然蛛丝相近。
因此，在制备过程中，科学家们需要对材料进行多种性质的测试和分析，以确保其具有与天然蛛丝相当的功能和性能。
当然，人造蛛丝的制备过程也存在一些挑战和难点。
首先，蛛丝具有非常复杂的结构和组成，使得其制备过程相对复杂和困难。
其次，蛛丝的性能受到许多因素的影响，如气候、环境等，科学家们需要通过不断研究和优化制备条件，提高人造蛛丝的性能和质量。
此外，人造蛛丝的大规模生产和应用也需要解决一系列的技术和经济问题。
总之，人造蛛丝作为一种具有广泛应用前景的高性能材料，其制备方法主要包括生物基因工程法和化学合成法。
这些方法通过生物技术或化学手段，使得人造蛛丝能够具备与蜘蛛丝类似的物理特性和结构。
科技报道137 研究人员研究蜘蛛丝以制造新材料.docx
科技报道137研究人员研究蜘蛛丝以制造新材料Researchers Study Spiders, Silks to Make New Materialsplaystopmutemax volume00:00-05:00repeatByJohn Russell2019/9/2Cheryl Hayashi began examining the body of a silver garden spider under her microscope.Using two sets of tweezers, she soon found what she was looking for: hundreds of silk glands, the organs spiders use to make their webs.Each gland lets a spider produce a different type of silk.“They [spiders] make so many kinds of silk!w Hayashi said. rt That,s just what boggles my mind."Hayashi,s lab at the American Museum of Natural History is studying the genes behind each kind of silk. She has collected spider silk glands ofabout 50 species.The goal is to make a kind of z,silk library/ she said. The library could become an important information resource for designing new products from space equipment to clothing.However, the library,s work is far from complete. There are more than 48,000 spider species known worldwide.Silver garden spider spiders (Argiope argentata) sit in their webs at Cheryl Hayashi's lab at the American Museum of Natural History in New York. Spider silks all start out the same: a wad of goo, akin to rubber cement or thick honey, as Hayashi describes it. Spiders make and stash it in a gland until they want to use the silk. Then, a narrow nozzle called a spigot opens. And as the goo flows out, it morphs into a solid silk strand that is weaved with other strands emerging from other spigots. {AP Photo/Jeremy Rehm)Spider silks all start out in the same way: as a wet and sticky substance. It is like rubber cement or thick honey, as Hayashi describes it. Spiders make the substance and store it in a gland until they want to make silk.Then, a short tube called a spigot opens. As the substance flows out, it changes into a solid silk strand that joins with other strands coming from other spigots.Nobody knows how many kinds of spider silks exist. But, some species can produce many kinds. Orb-weaving spiders, for example, make seven kinds.Hayashi has been studying spider silk for about 20 years. Only recently has improved technology let scientists quickly study the genetic material, or DNA, of spiders and produce synthetic spider silk in large amounts.Until recently, scientists had to first cut the glands* DNA into pieces. They then used a computer to try to put the DNA back in order, like a jigsaw puzzle. The task is especially difficult for the DNA of spiders because their genes are very long and repetitive.That is the problem Sarah Stellwagen from the University of Maryland, Baltimore County faced. She was studying genes, and DNA, related to spider silk. She thought she could do it quickly, but it took almost two years. Scientists have to recover the full gene to truly copy natural silk, she said. Ifthey try to produce silk from only part of a gene or something produced in a laboratory, ,z it,s not as good as what a spider makes/ Stellwagen said.It was only last year that a research group was able to make a small amount of silk that perfectly matched the kind of silk that an orb-weaving spider dangles from. But that was only one kind of silk from one species.Hayashi asked: rt What about the other 48,000?”As technology has improved, researchers can now map genes much betterwithout first chopping them up. And companies have gotten closer to successfully recreating spider silks.Now, the task remains to discover the secrets of the thousands of other spider silks out there, which is not easy.“But hey, you know, we all have goals/ Hayashi said.I,m John Russell.Jeremy Rehm reported on this story for the Associated Press. JohnRussell adapted it for Learning English. Mario Ritter Jr. was the editor.Words in This Storγtweezer - n. a small tool that is made of two narrow pieces of metal which are joined at one end and that is used to hold, move, or pull very small objectsboggle - v. to make (the mind) unable to think clearly : to amaze or overwhelm (the mind)species -n. a group of animals or plants that are similar and canreproducesynthetic - adj. made by combining different substances : not natural repetitive - adj. happening again and again : repeated many times dangle -v. to hang down loosely in a way that makes it possible to swingfreelyWe want to hear from you. Write to US in the Comments Section.。
人造蛛丝的原理
人造蛛丝的原理人造蛛丝的原理是通过模仿蜘蛛的自然生产方式，利用合成纤维和生物学技术来制造具有类似蜘蛛丝特性的材料。
蜘蛛丝是一种由蛋白质组成的坚韧丝状物质，具有轻量、高强度、高韧性和生物相容性等特点，因此具有广泛的应用前景，如医疗材料、军事装备、航空航天等领域。
人造蛛丝的制备原理主要包括两个方面：一是合成纤维技术，二是生物学技术。
合成纤维技术是指利用化学合成方法来制备具有类似蜘蛛丝特性的合成纤维。
目前主要采用的方法是仿生合成，即通过模仿蜘蛛体内产生蛋白质的方式来合成人造蛛丝。
研究人员通过基因工程技术，将蜘蛛的基因导入细菌或植物细胞中，使其产生蛋白质，并利用化学方法将蛋白质转化为纤维材料。
这种方法可以在实验室条件下制备出具有高强度和高韧性的人造蛛丝，但生产成本较高，难以大规模生产。
生物学技术是指利用生物细胞来制备人造蛛丝。
目前主要采用的方法是利用真菌或昆虫来产生蛋白质，并通过化学方法将蛋白质转化为纤维材料。
真菌和昆虫具有较高的产蛋白质能力，且生产成本较低，可以大规模生产。
研究人员通过培养真菌或昆虫细胞，让其合成蜘蛛丝蛋白质，然后利用化学方法将蛋白质转化为纤维材料。
这种方法具有生产成本低、易于大规模生产的优势，但是产生的纤维材料强度和韧性较低，需要进一步改进。
除了合成纤维技术和生物学技术，还有一些新型技术用于制备人造蛛丝。
例如，利用纳米技术或微流控技术来制备纤维材料，可以获得具有特殊功能的人造蛛丝，如具有自愈合功能、具有导电功能等。
总的来说，人造蛛丝的制备原理是通过合成纤维技术和生物学技术来模仿蜘蛛的自然生产方式，制备具有类似蜘蛛丝特性的材料。
目前已经取得了一定的进展，但仍面临一些挑战，如提高人造蛛丝的强度和韧性、降低生产成本、开发具有特殊功能的人造蛛丝等。
随着科学技术的不断发展，相信人造蛛丝将会在未来得到更广泛的应用。
蜘蛛丝仿生的原理
蜘蛛丝仿生的原理蜘蛛丝仿生的原理是指通过模仿蜘蛛丝的结构、力学性能和制备方法，设计和制造出性能类似的材料或器件。
蜘蛛丝在自然界中具有很高的强度、柔韧性和韧性等优秀性能，在人类的许多应用领域，如纺织品、航空航天、医药等方面都有广泛的应用前景。
因此，研究人员一直对蜘蛛丝进行仿生研究，希望能够从中获取启示，开发出新型材料和器件。
蜘蛛丝的仿生研究主要涉及其结构、成分和制备方法方面。
首先，蜘蛛丝的结构是仿生研究的基础。
蜘蛛丝由多肽蛋白组成，其结构包括蛋白的主链、侧链和终端结构。
蜘蛛丝主链中由Gly-Ala等反复出现的序列形成β-折叠片，这是蜘蛛丝高强度和柔性的重要原因。
蛋白的侧链和终端结构则决定了蜘蛛丝的物理和化学性质。
通过对蜘蛛丝结构的分析和仿生设计，研究人员可以改变材料的结构，进而改变其性能。
其次，蜘蛛丝的成分也是仿生研究的重要内容。
蜘蛛丝主要由蛋白质组成，其中富含一种叫做蜘蛛丝蛋白的蛋白质。
蜘蛛丝蛋白具有一些独特的氨基酸残基和氨基酸序列，使其具有特殊的力学性能。
研究人员通过对蜘蛛丝蛋白的分析，可以了解其在蜘蛛丝中的作用机制，并尝试使用合成方法制备相似的蛋白质。
此外，蜘蛛丝还含有其他有机小分子和无机成分，这些成分也对其性能起到重要的影响。
最后，蜘蛛丝的制备方法也是仿生研究的关键。
蜘蛛丝的制备通常包括两个步骤，即产丝和纺丝。
产丝是指蜘蛛体内腺体的分泌和蛋白质的形成过程，纺丝是指蜘蛛用产丝器官将产生的丝线拉伸并组合成蜘蛛网等结构。
蜘蛛丝的制备方法对于仿生研究非常重要，一方面可以了解蜘蛛丝的分泌机制和纺丝过程，另一方面可以探索人工合成蜘蛛丝的方法和技术，比如静电纺丝、水相纺丝等。
总的来说，蜘蛛丝仿生的原理是通过模仿蜘蛛丝的结构、成分和制备方法，设计和制造出具有类似性能的材料或器件。
蜘蛛丝仿生研究的发展能够为材料科学、生物医学和纺织技术等领域带来重要的影响，有望推动人类科技的进步和应用的发展。
蜘蛛丝的力学性能与生物材料开发
蜘蛛丝的力学性能与生物材料开发关键信息项：1、蜘蛛丝的力学性能指标2、生物材料开发的目标与应用领域3、合作方式与责任划分4、知识产权归属5、研发阶段与时间节点6、质量标准与检测方法7、风险评估与应对策略8、利益分配机制1、引言11 本协议旨在规范关于蜘蛛丝的力学性能研究以及基于此的生物材料开发相关事宜。
2、蜘蛛丝的力学性能21 详细阐述蜘蛛丝的拉伸强度、弹性模量、韧性等力学性能指标。
22 分析不同种类蜘蛛丝力学性能的差异及其影响因素。
23 描述用于测定蜘蛛丝力学性能的实验方法和设备。
3、生物材料开发31 明确生物材料开发的目标，如用于医疗、纺织或工业等领域。
311 针对特定应用领域，确定所需的材料性能和功能要求。
312 制定开发计划，包括实验设计、样品制备和性能测试等环节。
4、合作方式41 说明各方在研究和开发过程中的职责和分工。
411 例如，一方负责提供技术支持，另一方负责资金投入等。
412 确定合作的形式，是长期合作还是项目制合作。
5、知识产权归属51 明确在研究和开发过程中产生的知识产权的归属问题。
511 规定专利申请和保护的责任方。
512 对于共同拥有的知识产权，约定使用和许可的规则。
6、研发阶段与时间节点61 划分研发的不同阶段，如基础研究、小试、中试和产业化等。
611 为每个阶段设定明确的时间节点和交付成果。
612 建立阶段评估机制，以确保项目按计划推进。
7、质量标准与检测方法71 制定开发的生物材料的质量标准，包括物理、化学和生物学性能等方面。
711 确定相应的检测方法和检测机构。
712 规定质量不合格的处理方式和责任承担。
8、风险评估与应对策略81 分析在研究和开发过程中可能面临的技术风险、市场风险和政策风险等。
811 针对每种风险制定相应的应对策略和预案。
812 建立风险监控机制，及时调整应对措施。
9、利益分配机制91 确定根据各方在合作中的贡献和成果进行利益分配的原则和方式。
用模拟方式制造出蜘蛛丝
用模拟方式制造出蜘蛛丝蜘蛛丝通常被认为是一个很神奇的材料，所以在不久的将来它或许会被用在防弹衣或者人造心脏中。
但我们的八脚朋友并不能给我们提供大量的蜘蛛丝，所以科学家和企业家们努力的开发出人造蜘蛛丝。
最近一支来自麻省理工学院的研究小组取得了重大突破。
他们的研究成果已经发表在了《自然通讯》上，研究人员在实验室中通过混合所需的蛋白质成分并在注射器中挤压，织出了少量人造蜘蛛丝。
这项工作可能为研发新材料铺平了道路，利用这种方式制造出来的蜘蛛丝相比于老式方法制造出来的蜘蛛丝具有更棒的性能。
蜘蛛丝具有极良好的医学应用前景。
它不会产生排斥反应，这意味着可以在人体能使用而不会造成不良反应。
它还是一种很棒的结块剂，可以作为支架帮助人造组织生长。
大量饲养蜘蛛有点恐怖并且不切实际。
因此，需要找到一种更加有效的方法。
他们的论文中写道，研究人员首先使用转基因细菌制造出一个蜘蛛丝生产控制中心，里面含有大量的亲水和疏水蛋白质。
为了“织”出蜘蛛丝，研究人员先将它们在水中混合，然后缓慢的注入到一个微小的注射器中。
事实证明，这种方法生产出来的蜘蛛丝的蛋白质排列与真的蜘蛛丝十分相近。
这种实验室生产的蜘蛛丝还无法像真的蜘蛛丝那样牢固，但有了一个基本技术后可以通过优化培华配高蜘蛛丝的受力强度。
当然，蜘蛛经过了数百万年的进化和调整才织出了完美的蜘蛛丝。
但为了满足人类不同的使用目的，我们需要改变自然的创造。
例如，手术缝合线，我们需要比天然蜘蛛丝更加牢固弹力更小的蜘蛛丝。
论文的合作作者Shangchao Lin在新闻稿中说道：“我们的目标是通过借鉴自然界的成果，提高人造纤维的强度、弹性和韧性。
这项研究或许会诱导开发出新的合成纤维，或者增强某些材料的性能，例如某些材料的电导和热导能力。
”。
天然蜘蛛丝仿生材料
天然蜘蛛丝仿生材料摘要采用仿生学原理, 设计、合成并制备新型仿生材料是近年来快速发展的研究领域. 天然蜘蛛丝是一种生物蛋白弹性体纤维, 具有高比强度( 约为钢铁的5 倍) 、优异弹性( 约为芳纶的10 倍) 和坚韧性( 断裂能为所有纤维中最高) ,为自然界产生最好的结构和功能材料之一, 它在航空航天、军事、建筑及医学等领域表现出广阔应用前景. 受自然界蜘蛛丝启发, 天然蜘蛛丝仿生材料的研究迎来了机遇, 同时也给人们展示了许多新颖的仿生设计方法. 本文从不同仿生学角度综述了天然蜘蛛丝仿生材料的发展, 并提出了一些看法和思考。
1．天然蜘蛛丝结构、功能及应用天然蜘蛛丝是蜘蛛经由其丝腺体分泌的一种天然蛋白生物材料 , 属于一种生物弹性体纤维 , 它是自然界产生最好的结构和功能材料之一 . 表 1 列出了天然蜘蛛丝和其它几种典型材料的力学性能 , 通过比较可以发现 , 天然蜘蛛丝优良的综合性能 , 特别是其高比强度 ( 约为钢铁的 5 倍 ) 、优异弹性 ( 约为芳纶的 10 倍 ) 和坚韧性 ( 断裂能180MJ /m3 为各材料中最高) 是其它天然纤维与合成纤维所无法比拟的。
此外 , 天然蜘蛛丝还显示出特别的扭转形状记忆效应 , 当它被扭转到其它准平衡位置时 , 由于高阻尼效应 , 它几乎不振荡 , 并且不需要任何额外的刺激就能以指数方式完全恢复到其初始的状态 , 从而有效防止悬挂在空中的蜘蛛转动摇摆正是由于天然蜘蛛丝具有质轻、超坚韧性、突出形状记忆效应及生物相容性好等特性 , 因此 , 它在航空航天( 如飞机和人造卫星的结构材料、复合材料 ,宇航服装 ) 、军事 ( 如坦克装甲、防弹衣、降落伞 ) 、建筑 ( 如桥梁和高层建筑的结构材料 ) 、医学 ( 如人造关节、肌腱、韧带 ) 等领域表现出广阔的应用前景 . 其实 , 早在 l709 年就出现了人类利用天然蜘蛛丝的记载 , 而且在第二次世界大战时 , 天然蜘蛛丝曾被广泛用作显微镜、望远镜、枪炮瞄准系统等光学装置的十字准线 . 天然蜘蛛丝已吸引了世界各国科学家的巨大兴趣和广泛关注。
模仿蜘蛛后纺织技巧,美科学家从细菌获取高强度合成蜘蛛丝
疟原虫的“ 克星” 。科 学 界 过 去 一 直 通 过 对 蚊 子 进 行 转 基 因
［ 医疗卫 生］ 我国 自主研 制艾滋病 疫苗进入 Ⅱ期 临床
据生物通 网 ２ ０ １ ２年 ８月 １ ５日消 息 ， 经过 方案 优化 、 伦
理审查 、 试验 准备 和受试 者招 募等程 序后 ， 我 国科技 重大专 项艾滋病疫苗 Ⅱ期临床试验在北京佑安医院启动 ， 这是 国际
下， 中国疾病预防控制中心与 国药 中生北京生物制 品研究所
据新华社伦敦 ７月 ２ ０日电 ， 新一期英 国《 生物燃料 的生
物技术 》 杂志报道了新加坡研究人员的这一成 果。
采 用新 方法 ， 联合研制了具有完全 自主知识产权 的艾 滋病疫
苗， 该疫苗在“ 十一五 ” 期 间完成 了 Ｉ 期 临床试验 ， 显示 安全 性 良好 ， 免疫原性强 ， 可诱 导受 试者 产生抗 艾滋 病病 毒的体 液和细胞免疫反应。２ ０ １ ２年 ３月下旬 ， 国家食 品药 品监督 管 理局批准了该艾滋病 疫苗 Ⅱ期临床试验 申请 ， 在不久前 盖茨 基金会发表的备受关注 的 ８个全球 艾滋 病疫 苗名单 中名 列
细菌的蚊子 ， 其体 内恶性疟原虫 和伯 氏疟原虫 的数 量最多时
蜘蛛丝结构特性分析与仿制技术
蜘蛛丝结构特性分析与仿制技术蜘蛛丝是一种非常特殊的生物纤维，具有卓越的机械性能和高度可调节性，成为材料科学领域的研究热点。
为了更好地了解蜘蛛丝的结构特性并探索仿制技术，科学家们进行了大量的研究。
蜘蛛丝的结构特性是其卓越性能的基石。
一般而言，蜘蛛丝由蛋白质组成，其主要结构是蛋白质链以螺旋形式排列而成。
不同种类的蜘蛛丝具有不同的结构，如蜘蛛丝中的β-折叠、β-带和无序结构的相对比例会影响丝的性能。
例如，带有更多β-折叠结构的蜘蛛丝通常具有更大的强度和韧性。
蜘蛛丝的力学性能也非常出色。
研究表明，蜘蛛丝的强度可以媲美钢材，而具有较高的韧性。
这得益于蜘蛛丝的结构特性以及其制造过程中的拉伸和旋转。
除了强度和韧性，蜘蛛丝还具有良好的柔韧性和蠕变性能。
这些特性使蜘蛛丝成为仿制高性能材料的理想候选。
为了仿制蜘蛛丝的特性，科学家们开展了各种仿制技术的研究。
其中，基于生物合成的仿制技术是一种常见的方法。
通过基因工程和发酵技术，科学家们可以合成出蜘蛛丝蛋白，然后通过纺丝过程制备仿制丝。
这种方法可以控制丝的组成和结构，但由于合成过程的复杂性，还需要进一步改进和优化。
另一种仿制蜘蛛丝的方法是利用人工合成纤维材料。
这些材料通常具有类似于蜘蛛丝的结构和性能，例如碳纳米管纤维和高分子纤维。
这些纤维材料可以通过纺丝、拉伸和交联等工艺制备，使其具有类似于蜘蛛丝的强度和韧性。
然而，与天然的蜘蛛丝相比，这些仿制材料仍然存在一些差距，需要进一步改进和提升。
除了仿制蜘蛛丝的结构和力学性能，科学家们还在探索蜘蛛丝的功能应用。
例如，仿制的蜘蛛丝可以用于制备高性能纺织品、增强复合材料和生物医学材料等。
此外，蜘蛛丝还具有很高的生物相容性，可以用于生物传感器、药物传递和组织工程等领域。
蜘蛛丝的仿制技术和应用潜力还有待进一步的研究和开发。
总之，蜘蛛丝的结构特性和仿制技术是一个备受关注的领域。
研究人员通过分析蜘蛛丝的结构和力学性能，以及开发仿制技术，致力于制备具有类似性能的仿制材料。
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仿蜘蛛丝的研究与开发江锡夏（中国纺织科学研究院）几百万年以来，蜘蛛学会了生产最细的丝线，并用这种丝线织成蛛丝网，用以扑获猎物，赖以生存，繁衍后代。
在自然界中，蜘蛛丝网工作起来非常简单．又非常可靠，任何飞虫一旦闯入蛛丝网．就休想逃脱成为蜘蛛食物的命运，这是人们施空见惯了的一种自然现象。
科学的发展使人类有越来越多的机会和手段去探索自然界的奥秘。
科学家们开始注意到蜘蛛丝非同一般的性能。
首先蜘蛛丝很细而强度却很高，它比人发还要细而强度比钢丝还要大；其次它的柔韧性和弹性都很好，耐冲击力强；再有就是无论是在干燥状态或是潮湿状态下都有很好的性能；蜘蛛丝网还有很好的耐低温性能；由于蜘蛛丝是由蛋白质构成，是生物可降解的，因而对环境是友好的等等。
我们都知道，把这些优良的性能集中在同一种纤维上是十分困难的，而蜘蛛却做到了，由于有了这些性能才能保证蜘蛛网在各种气候条件下都能正常工作，保证了蜘蛛的生存和传宗接代。
人们开始考虑如果有一天．能够用人工的方法大量而经济地生产这种纤维必将对纤维和纺织业的发展产生深远的影响。
目前美国、加拿大、德国和英国等发达国家已投入大量的人力和物力进行研究，并已取得相当的进展，可以说对蜘蛛丝的研究，已成为当今世界纤维界的热门课题。
一、蜘蛛丝的结构和性能蜘蛛丝属于一种蛋白纤维。
通过对蜘蛛丝的解剖学研究，认为一般蜘蛛丝网包含三种类型的丝（有的蜘蛛能生产８种甚至更多类型的丝）：扑捉丝（扑获猎物）、辐条状或径向丝和园周网丝。
扑捉丝蛋白在蜘蛛的鞭毛腺体中合成，而径向丝和园周丝蛋白则是在蜘蛛的壶腹腺中合成的。
蜘蛛的腺体液离开蜘蛛身体后立即固化成蛋白纤维，固化后的蜘蛛丝不溶于水，并具有优凫的性能。
利用扫描电镜研究了蜘蛛丝的超分子结构，发现蜘蛛丝是由一些被称为原纤的纤维束组成，而原纤又是几个厚度的１２０ｈｍ的微原纤的集合体，微原纤则是由蜘蛛丝蛋白（ｓｐｉｄｒｏｉｎ）构成的高分子化合物。
蜘蛛丝随处可见，但要由它采取试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ＮｅｐｈｉｌａＣｌａｖｉｐｅｓ热带蜘蛛的研究，其蜘蛛丝的直径为０．７４—１．１６ｄｔｅｘ，强度为６．４—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ｌｏ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。
科学家们还对ＮｅＤｈｉｌａＣｌａｖｉｐｅｓ蜘蛛网的圆周丝的初始模量、应力应变进行了测试，见表ｌ。
・４８・表１不同聚酰胺纤维的初始模量（相对温度６５％，温度２０气）ｌ初始模量蜘蛛网圆周丝锦纶６对位芳纶ＩｃＮ，ｄｔ既Ｓ２６１０２１７５４广Ｎ，。
ｍ２６７８９１１６３２５４３３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，袁２解决了这个问题，结果见表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，—ｎ２５７００１５１９１２２９３１０８２５粘性模量ＳＫＮ／ｍｍ２３４５ｌ３６３５６６０７２００松弛时间ＳＳ９７２３９４６０６６５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。
二、蜘蛛丝蛋白的剖析和合成科学家们已经进行了大量的工作，用生物化学方法对蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行了研究，分离了蜘蛛丝蛋白基因编码的核苷酸序列。
建立了ｅＤＮＡ和ｇＤＮＡ的数据库，同时进行了基因序列的分离、纯化、结构特征的表达和克隆等研究工作．利用ＤＮＡ合成技术已成功地在ＤＮＡ水平上建立了不同蜘蛛丝蛋白（Ｓｐｉｄｒｏｉｎ）片段的基因序列模型，用这种模型可制造出一种称为蜘蛛丝蛋白的合成基因，利用这种基因可生产出９６．１％的基因序列与天然蜘蛛丝蛋白相同的产品。
下一步工作是如何大规模生产这种蜘蛛丝蛋白，现在有三种途径。
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。
第一种途径。
加拿大一家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及山羊，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—１５９，ｌ，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（Ｃ．ａ础ａｎＤｅｐａｒＵｎｅｎｔｏｆＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｅｅ）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。
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。
例如已经发现一种名叫ＥｓｃｈｅｒｉｅｈｉａＣｏｉｌ的细菌和一种名叫ＰｉｃｈｉａＰａｓｔｏｒｉｓ的酵母菌通过基因移・４９・植技术能合成出类似与蜘蛛丝蛋白的蛋白质。
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。
然后把这种类似与蜘蛛丝蛋白的蛋白质分离出来做为纺丝的原料。
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、烟草和谷物等，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做为生产仿蜘蛛丝的原料。
就目前情况看，前两种途径的工作做的更多一些。
三、蜘蛛丝蛋白的溶解和纺丝在目前还不能通过生物技术大量生产蜘蛛丝蛋白的情况下，必须先寻找一种合适的蛋白质做为模型物质，以制备纺丝溶液，表征其蛋白质的溶解状态以及在不同的凝固条件下的纺丝凝固行为。
但这种蛋白质必须是在结构和性能上与蜘蛛丝蛋白相似而又能大量取得的。
已发现一种学名叫做Ｂｏｍｂｙｘｍｏｉｌ的桑蚕的脱胶天然蚕丝其蛋白质的初级结构与Ｎｅ．ｐｈｉｌａＣｌａｖｉｐｅｓ的蜘蛛丝蛋白相近似，而其他桑蚕丝蛋白质的氨基酸组成与蜘蛛丝相差较大，因而使用这种材料作为试验的模型物质。
选用脱胶丝做为试验材料可以排除相伴物质的干扰。
对这种蚕丝蛋白的溶解性能曾进行了系统的试验，选择了各种溶剂体系，包括有机物、无机物和混合物，发现以盐水溶液和有机酸如蚁酸、醋酸和丙酸做溶剂较好。
研究了盐液浓度、温度及其他有关参数对溶解的影响；在各种溶剂体系中的最大溶解度；溶液中蛋白质的降解和稳定性；蛋白质溶液在各种介质中的凝固和纺丝行为等。
已经证明，使用甲醇、乙醇和丙酮做为凝固剂对各种溶剂体系都适用。
德国一家研究所宣布他们已找到十分良好的溶剂体系。
为了进行蛋白质的纺丝试验，专门设计加工了小型试验装置，据说每次有６ｍｌ蛋白质溶液即可纺丝了．纺丝的参数可在较宽的范围内改变和调整，可由电脑进行程序控制．加上数据处理系统，以便为将来进行放大时提供基础资料。
据报导使用这种装置，已从前面提到的脱胶桑蚕丝溶解的蛋白质溶液纺出了纤维，下一步工作将是优化溶解纺丝的各种参数并研究溶解纺丝的各种条件对纤维结构性能的影响。
可以说模拟纺丝的工作才剐刚开始。
四、用途晨复前已提到，蜘蛛丝有比芳纶还高的强度，计算表明，一根直径ｌＯｍｍ的蜘蛛丝绳可以拦住一架正在飞行中的喷气式飞机，蜘蛛丝有吸收巨大能量的能力，又耐低温，同时它又是天然产品。
是生物可降解的和可循环再生的材料，因而被世界各国普遍看好。
（一）在军事方面。
用蜘蛛丝做的防弹背心比用芳纶做的性能还好。
也可以用于制造坦克和飞机的装甲，以及军事建筑物的“防弹衣”等。
（二）在航空航天方面。
可用于结构材料、复合材料和宇航服装等。
（三）在建筑方面。
用做结构材料和复合材料用于桥粱、高层建筑和民用建筑等。
（四）在农业和食品方面。
可用做扑捞网具，代替造成白色污染的包装塑料等。
（五）在医学和保健方面。
此领域尤其有广泛用途。
由于蜘蛛是天然产品，又由蛋白质组成，和人体有良好的相容性，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、组织修复、伤１：３处理、特细和超特细生物可降解外科手术缝合线用于眼外科和神经科手术等。
总之，目前这种纤维的呼声很高，特别是如何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。
参考文献ｌＲｅａｅａｕｅｈＰ叫ｅｃｔ“ＳｐｉｄｅｒＳｉｌｋ”Ｃ．Ｆ．Ｉ１９９７（４）２７９２Ｋ．勋岫“Ｆｉｂｅｒ∞ｓｔｍｎｇ∞ｓｐｉｄｅｒｓｗｅ＆”Ｃ．ｎ１９９８（６）４８９３Ｋ．ＨｅｉｎｅｍａｎｎＫ．Ｋ．Ｃ，ｕｈ幅“蕊。
眦ｌⅡ１０ｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉ∞０ｆｓｐｉｄｅｒｓｉｌｋｐｒｏｔｅｉｎｓａｎｄｔｈｅｉｒｐｒｏ．ｃ∞８吨ｔｏｆｉｂｅｉｓ”Ｃ．Ｆ．Ｉ２０００（１）４４４谢君“黑寡妇蜘蛛与牛奶钢”中国纺织报２０００．９．２５７版・５ｌ・仿蜘蛛丝的研究与开发作者：江锡夏作者单位：中国纺织科学研究院本文链接：/Conference_4875858.aspx。