缠住未来神奇的蜘蛛丝居然能做防弹衣化

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蜘蛛印象

蜘蛛在卡通中大都扮演着反派分子,大部分人对它的印象并不佳。其实全球的蜘蛛约有45,种,但大部分都是益虫,它们会吃掉家中的蟑螂等小昆虫,因此当你家打扫得干干净净时,它们根本就不屑光顾。

即使从各种不同的角度来看蜘蛛,总也可以找到喜欢它的理由。例如从宗教的角度来看,蜘蛛可视为“禅”的代表,因为有别于现代人的冲动蛮撞,它总是沉稳地守株待兔,等待猎物上门;从文学的角度看来,蜘蛛的网仿佛是一幅绮丽的艺术品,其对称的构图颇具美感;从科学的角度来看,蜘蛛全身上下从毒液到蜘蛛丝,有很大的应用价值。

蜘蛛的大小差异更是令人瞠目结舌,最大的比手掌还大,但大部分甚至不如小拇指的指甲。蜘蛛还有许多令人惊叹的事迹,如世界著名的黑寡妇蜘蛛,体长仅2.5公分,毒素却比响尾蛇还毒上15倍之多,令科学家大吃一惊。

各“丝”其职

在我们的印象中,大多数的蜘蛛都是结网的,而它们所结成的网也都各有自己的风格,从最常见的圆形网,到平铺于地面的管状网或看起来很舒适的帐幕网都曾经发现过。

蜘蛛结网是运用尾部的丝囊分泌蜘蛛丝,以制成一层坚固的网子捕捉飞行的昆虫或其他小动物。许多人都会问:“为什么蜘蛛走在网上,却不会被自己的网子黏住?”其实,蜘蛛所织的网非常复杂,如同人类在建筑时会根据不同的功能而使用不同的原料,蜘蛛共有6种不同的腺体,每一种腺体制造出来的丝功能都不一样。

蜘蛛最常使用的丝是大壶状腺丝,这种比较粗韧的丝并不具黏性,但支撑力十足,因此被当作整个蜘蛛网的辐射状骨架;鞭状腺丝则赋予整个蜘蛛网强大的弹性以及延展性,当猎物落入蜘蛛网中时会因惊慌而极力挣脱,但鞭状腺丝反而会因不断的受力拉长而把猎物缠得更紧,使猎物最终无法脱离被捕食的命运。另外,掌管“黏”性的聚状腺丝,以水滴状包裹在鞭状腺丝的外围。

蜘蛛聪明地运用这些不同功能的丝制造完美的捕食网,有些种类的丝甚至可用以保护蜘蛛卵以免被其他生物掠食。蜘蛛丝强大的力学性能以及高度的延展性,吸引了人类的目光与强烈的兴趣,也触发了对其化学成分以及在未来生活上应用潜力的研究。

蜘蛛丝的结构与性质

蜘蛛丝非常地细,大约是1微米,约为头发的十分之一,强韧性却优于同等粗细的钢丝5倍。

蜘蛛丝的组成及化学结构到底是什么,才让它具有这么优异的性能呢?它只是一种由基本单元是胺基酸所组成的蛋白质高分子结构。但在蜘蛛丝的结构中,有一部分是沿着蜘蛛丝顺向排列的结晶结构,另外一部分则是非结晶式的网状构造,其中顺向性的结晶结构可以提供蜘蛛丝抵抗外力的强度,非结晶式的网状结构则具有伸展性,就如同弹簧一样提供了蜘蛛丝弹性。因此当有异物碰到蜘蛛网时,结晶式的网状构造便会伸长吸收撞击的能量,正是这种结构造就了蜘蛛丝如此强韧的原因。

蜘蛛丝的生产及应用

由于蜘蛛丝是那么地神奇,如何有效地生产蜘蛛丝就成为了当今科学家密切关心的议题。科学家本想以大量养殖蚕宝宝的方式获取蜘蛛丝,却发现蜘蛛是肉食动物,具有领域性且彼此会互相残杀,使得此路不通。但国外实验室巧妙地把这养蚕宝宝的概念转了个方式,他们先找到蜘蛛丝的基因,再利用基因工程的技术把这基因转殖到蚕身上,以大量养蚕取丝的方式获得有蜘蛛丝强韧性质的蚕丝。

目前利用这种方法已可大量生产蜘蛛丝,该公司已与美国国防部合作,将透过所生产的蜘蛛丝开发士兵穿着的防弹衣,并计划在德州大量种植桑树,以扩大蜘蛛丝的产量。另外一家德国公司也透过生物技术成功制造了类似蜘蛛丝的丝蛋白纤维,并已开始销售,其产品应用非常广泛,包括各类纺织纤维产品、医药类产品及化妆品。

尽管目前以生物合成方法所获得的蜘蛛丝,其性能无法与天然的蜘蛛丝相比,但随着科技的发展,新型态人工制造的蜘蛛丝将日趋成熟。加上伴随着应用领域逐渐开发,在不久的未来,蜘蛛丝应用一定能广及于纺织服装、军事、医疗、建筑、汽车等工业。到时候,别说T恤般的防弹衣,或许连飞檐走壁展现神威的蜘蛛侠都可能实现




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