蜘蛛丝的合成和应用概述

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上海纺织科技专论与综述

蜘蛛丝的合成和应用概述

翁蕾蕾

! 江南大学纺织服装学院" 江苏无锡! #" #$%&

摘! 要" 在描述蜘蛛丝结构和性能的基础上" 介绍了蜘蛛丝合成生产的几种方法" 并分析了蜘蛛丝在纺织$医疗$

军事等领域应用的发展趋势%

关键词" 蜘蛛丝&性能&合成&应用

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结构和性能%! 蜘蛛丝的产生%

随着现代科学技术的发展" 近年来美国$加拿大和欧洲一些大学和实验室运用生物学$遗传学$高分子技术等知识对蜘蛛丝进行了全面的探究" 蜘蛛丝作为新的天然高分子纤维和纺织材料" 具有其他纤维不可比拟的强度大$弹性好等特点" 如果将大大促进纤维和采用适当的方法大量而经济地生产这种丝" 纺织业的发展%

在蜘蛛体的腹部有一个能产丝线的腺体" 叫做丝腺" 每个丝腺通过纺锤管在腹部外端有一个开口" 在蜘蛛体的腹末有三对丝腺器" 可吐出各种不同的丝’缚着丝" 用于支撑自身及蛛网" 这种丝可帮助蜘蛛从一个地方灵活地摆动到另一个地方&包裹丝" 既坚韧又有弹性" 用来作卵盖或捆绑被俘的昆虫&无粘可以缠绕捕食的食物%性丝以及粘性捕捉丝"

从外观看蜘蛛丝呈金黄色" 超倍电子显微镜研究蜘蛛丝的结构发现’由蜘蛛丝蛋白构成高分子化合物(((微原纤" 多个微原纤的集合体形成原纤" 由原纤的纤维束组成了蜘蛛丝%蜘蛛丝内部结构透明而无孔隙" 横截面为圆形" 它是一根单独的长丝" 直径只有几微米" 物理密度接近羊毛%蜘蛛的腺液离开立刻成为固体" 形成一种蛋白质丝" 固化后的这种蛋蜘蛛体后"

白质丝即蜘蛛丝不溶于水" 并具有其他纤维不可比拟的性能%

蜘蛛丝虽然很细" 但强度特别大%据研究" 蜘蛛丝的强度扯断蜘蛛丝的能量超过扯断钢丝所相当于同体积钢丝的L 倍"

需的能量" 美国生物学家在美国南部发现的$$多倍%" **M 年" 一种被称为) 黑寡妇*的蜘蛛" 它可以吐出两种不同类型的丝"

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织成的蜘蛛网具有很高的强度" 其丝的强度比钢丝大" $倍" %

蜘蛛丝的弹性" 可产生吸收飞行的昆虫的动能" 继而把昆虫缠

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%在粘性的网上+

此外" 蜘蛛丝还具有质轻$耐低温的特点" 由于其组成成分是蛋白质" 因此可生物降解" 不会对环境造成污染%

! ! 蜘蛛丝的合成生产

科学家们发现’蜘蛛的天然共存性很差" 它们会自相残杀"

&,

同类相食+%如果通过大量饲养繁殖蜘蛛的方法来获取蜘蛛

丝是无法满足生产需要的%随着生物技术$遗传基因技术的发展" 通过对蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物的研究" 科学家们成功地制造出了蜘蛛丝蛋白的合成基因" 利用这种基因可生产出与天然蜘蛛丝蛋白相同的产品" 这一研究成果" 使得大规模生产人工合成蜘蛛丝成为可能%

目前" 生产蜘蛛丝的方法有以下几种’! #牛$羊乳蜘蛛丝"

利用生物技术$转基因技术使奶羊或奶牛与蜘蛛) 联姻*" 将蜘蛛的蛋白基因注入奶牛或奶羊" 其产下的奶中就含有大量的柔软光滑的蜘蛛丝蛋白质纤维成分" 这种含有蜘蛛丝基因的蛋白质可用来生产有) 生物钢*之称的纤维%

据报道" 加拿大一家生物技术公司已经成功地利用基因移植技术" 使山羊生产的奶中含有类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白

#, 质+%用这种蛋白质生产的纤维" 其强度是芳纶的&) L 倍%提

取这些纤维" 可织成强度很高的衣服%

我国于近两年开始研究蜘蛛丝%科学家们将蜘蛛丝蛋白基因注入到小白鼠身上" 成功地培养了一批带有蜘蛛丝蛋白基因的老鼠" 并从这些转基因鼠的乳汁中提取了蜘蛛丝蛋白%据说" 不久将开始培育转基因奶牛" 以达到大规模生产蜘蛛丝蛋白的目的%

! #蚕吐蜘蛛丝!

利用转基因技术" 将蜘蛛丝的基因通过) 电穿孔*的方法注入很小的蚕卵中" 用蜘蛛丝基因替代蚕丝基因中有关强度的部分" 从而在家蚕基因重链中产生了部分蜘蛛丝基因%中科院上

作为新的天然高分子纤维" 蜘蛛丝具有很好的弹性和柔韧性" 抗冲击力强%据报道" 捕捉丝分子内的蛋白片段" 形成螺旋形的分子弹簧" 其伸展性可使昆虫撞到网上时前后摆动" 由于

收稿日期" ! $$&N $L N ! *

作者简介" 翁蕾蕾! " 女" 浙江宁波人" 江南大学讲师" 主要从事" *%%N #纺织新工艺$新材料的研究及多媒体技术在纺织领域的应用研究%

万方数据

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上海纺织科技专论与综述

%医疗保健$!

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在国际上首次实现了绿色海生命科学研究院运用转基因方法!

荧光蛋白与蜘蛛丝融合基因在家蚕丝基因中的插入! 并获得了荧光茧" " " 一种高级的绿色环保材料#

$%微生物合成蜘蛛丝&

将蜘蛛丝蛋白的基因移植给微生物! 当微生物繁殖时! 可产生大量的类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质#已经发现一种细菌和一种酵母菌通过基因移植技术能合成出类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质#

$%转基因植物合成蜘蛛丝#

虽然利用转基因动物或培育转基因细菌能生产出蜘蛛丝! 但使用转基因植物生产丝蛋白的成本可能更低! 将能生产蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给植物! 如谷物&花生&土豆和烟草等! 通过植物大面积的种植! 获取丝蛋白#提取这类植物中的类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质! 用作纺纱的原料#据报道! 德国科学家从蜘蛛体! 提取出控制产生蜘蛛丝蛋白的基因! 將它植入各种植物的基因组#所培育出的转基因植物中! 其植物株! 产生

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#的丝蛋白含量超过了! O ’

蜘蛛丝的主要成分是蛋白质! 与人体有很好的兼容性! 在医学保健方面有着广泛用途#相对于它的直径来说! 蜘蛛丝具有令人难以置信的韧性! 可用来制造手术用的缝合线&人工关节&韧带&人工假肢等产品#而且人造蜘蛛丝能够自然降解! 不会污染环境#

$%纺织服装&

由于蜘蛛丝质轻&柔软&有弹性! 通过转基因获得的蜘蛛丝织物会成为新一代的时尚面料! 可制成服装&围巾&帽子等#由于其强度大! 可制成极不易磨损的衣物#

$%其他#

蜘蛛丝的强度大&弹性好&质量轻! 在建筑方面! 可用这种材料代替混凝土中的钢筋! 用于桥梁&高层建筑和民用建筑等! 可以减轻建筑物自身的重量) 在渔业和食品方面! 可用作高强度的捕鱼网! 代替造成白色污染的包装塑料等) 可用作车轮的外胎#参考文献"

’(神奇的*生物钢+’(科学之友! $%, " Q ) ! $$" &M ) ! 谢旧我)

’李盛贤! 张欣) 蜘蛛丝蛋白的结构及其应用’(生物技术! ! (Q ) ! 毛良!

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’(人工丝蛋白的研究’(蚕桑通报! $%, &Q ) ! $$! &" N %) ! 黄君定) ’(加拿大研究用羊奶制造蜘蛛丝’-, --#. S T 1() A ::U U U)

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’(让烟草生产蜘蛛丝蛋白？德国有办法’-L . S T 1() A :, ! 威达编辑部)

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’(人造*蜘蛛丝+科技大突破’-, --%. S T 1() A ::H :

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$! 蜘蛛丝的应用

由于蜘蛛丝本身的特性! 决定了在纺织&医疗&军事等领域有着广泛的应用#

$%在国防军事领域这种超强坚韧的纤维是制作防弹衣的" 理想材料

’%(

! 它可以阻挡子弹的侵入! 使弹头或弹片击入人体

内的危险降到最低程度) 可用来制成坦克&飞机&雷达&卫星以及军事建筑物的理想的防护罩) 用于制成重量轻&抗风性能好&坚固耐用的降落伞#据报道! 未来可能制成的高性能人工蜘蛛丝*蜘蛛网+! 甚至可以拦截P 可, " %战斗机#在航空航天方面! 用作航天结构材料和织造航天服等#

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! 上接第" $页"

=8!>>精梳机与8! " %? 精梳机的对比测试

对比测试结果见表! #

表! !

测试项目精梳落棉率! O 精梳条短绒率! O 精梳落棉短绒率! O 精梳条干! O " ! 精梳条外不匀率! O 精梳条内不匀率! O 精梳棉结清除率! O 精梳杂质清除率! O

P +! %%" *! " ! L %! %$M $! ! #&) ! #" ) %#$) $$" %$M $!

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时发现和处理#

$%供应条卷机的生条同一时段内必须是同一密度的生&

条! 即不能将清钢联生条与普通梳棉机生条混合供应! 以减少条卷成卷不平整的状况#

$%并卷机的牵伸区清洁工作要加强! 拉把作用要良好! 条#

件允许的情况下! 可自行改造安装吸风装置#

$%并卷机的粘卷问题! 需合理控制温湿度条件! 改善机械L

状况&压力配置&牵伸配置等措施综合解决#

$%关键器材包括分离胶辊&牵伸胶辊&锡林&顶梳等应及%时配备#

$%牵伸胶辊的磨砺精度要达到规定要求#M

$%无论是条卷&并卷机还是精梳机! 都有许多导条&导棉R

板! 无形中增加了挂花的机会! 要减少其中的毛刺! 并花及时处理#

$%保证风道的光洁! 防止堵塞! 以保证气流畅通#*

$%建议购进附自调匀整仪的并条机! 为使用精梳后单并" $

工艺提供条件! 以进一步提高精梳产品的质量#

>! =8! >>精梳机使用的注意点

$%要求温度范围! 湿度范围L 湿度在" L X! Y ! L O %L O ! ! %$O 以下#

$%条卷机的一个致命缺陷是卷绕时易掉条子且无自停装!

置#建议将条卷机前面的门改为有机玻璃门! 以便于挡车工及

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