蜘蛛丝的应用及合成

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。

模天——蜘蛛丝凌正作者：摘要：蜘蛛丝是一种天然动物蛋白纤维,含有(GPGXX)n/(GPGQQ)nAn/(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：.、八、一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。

蜘蛛丝的人工生产3.1 蚕吐蜘蛛丝此法利用转基因技术中“电穿孔”的方法，将蜘蛛“牵引丝”部分的基因注入只有半粒芝麻大的蚕卵中，使培育出来的家蚕分泌出含有“牵引丝”蛋白的蜘蛛丝。

上海生化研究所的科技人员用此法历经数年攻关解决了转基因蚕基因导入、活性基因鉴定及传代育种等一系列技术难题[3]，此研究被列为国家“863”计划重点项目，目前正在进行当中。

3.2 牛羊乳蜘蛛丝将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给某些哺乳动物如山羊、奶牛等，从其所产的乳液中提取一种特殊的蛋白质，这种含蜘蛛基因的蛋白质可用来生产有“生物钢”（BioSteel）之称的光纤，其性能类似于蜘蛛丝[5]。

美国科学家利用转基因法，将黑寡妇蜘蛛丝蛋白基因放入奶牛的胎盘内进行特殊培育，等到奶牛长大后，所产奶含有黑寡妇蜘蛛丝蛋白，再用乳品加工设备将蜘蛛丝蛋白从牛奶中提取出来，然后纺丝成纤维，其强度比钢大10倍，因此被称为“牛奶钢”，又称“生物蛋白钢”。

加拿大Nexia生物技术公司（NXB）科学家研究初期所用的哺乳动物细胞也是取自乳牛，但是现在他们发现，采用山羊进行转基因处理更为有利。

他们将蜘蛛丝基因注入山羊卵细胞中，制备了重组的蜘蛛丝蛋白质，并用这种蛋白质与水体系完成了环境友好纺丝过程，本质上更接近于天然蜘蛛丝蛋白质的组成和纺丝过程，从而成功地模仿了蜘蛛，于2002年1月生产出世界上首例“人工蜘蛛丝”[2]。

3.3 微生物吐丝此法是将蜘蛛丝基因转移到能在大培养容器里生长的细菌上，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，就可得到极细的丝线。

一旦成功建立这种细菌的繁殖工厂，将对纺织服装业产生革命性变革[3]。

3.4 其它方法一些国家和地区的研究者将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因转移给植物，如花生、烟草和谷物等[6]，使这种植物能大量生产类似于蜘蛛蛋白的蛋白质，提取后作为生产蜘蛛丝的原料，然后进行纺丝。

我国也于两年前开始了“生物钢”的研究，科学家成功地将“生物钢”蛋白基因转移到老鼠身上，并成功地从第一代小白鼠的乳汁中获得“生物钢”蛋白[4]。

蜘蛛丝有哪些作用
可用于制造防弹背心或人造肌腱等物品。

一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的不锈钢钢筋还要坚强有力。

它能够承受比钢筋还多5倍的重量而不会被折断。

而且蜘蛛丝非常富有弹性，一条直径只有万分之一毫米的蜘蛛丝，可以伸长两倍以上才会拉断。

构成成分
蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸、丙氨酸及小部分的丝氨酸），加上其它氨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。

知识延展
蜘蛛丝以其强韧的物理性质闻名。

蜘蛛丝的强度（单位截面积下的张力）比高品质的钢还大，且和许多人造之芳香族聚酰胺纤维之强度不相上下，如特威隆纤维或克维拉纤维等。

更重要的是，蜘蛛丝的质量极小：能环绕地球一圈长度的蜘蛛丝之质量仍不达500公克。

蜘蛛丝亦具有极佳的延展性，可以延伸其长度至原长度的140%仍不断裂。

蜘蛛丝可以在摄氏零下40度的温度仍维持高强度。

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。

生物质高强纤维——————蜘蛛丝生物质纤维是指利用生物体或生物提取物制成的纤维，按来源可分为动物源纤维、植物源纤维和微生物质纤维三大类。

按加工方法可分为生物质天然纤维和生物质化学纤维。

其中，生物质天然纤维分为植物源纤维（如：棉、麻）、动物源纤维（如：毛、蚕丝、蜘蛛丝）；生物质化学纤维分为植物源纤维（再生植物纤维素纤维、纤维素酯纤维、再生植物蛋白质纤维、海藻纤维）；动物源纤维（再生动物蛋白质纤维、甲壳素纤维、壳聚糖纤维）；微生物质纤维素纤维（细菌纤维素纤维、细菌甲壳素纤维、聚羟基脂肪酸酯纤维）等。

蜘蛛丝作为生物质纤维中的一种，具有超强的韧性与抗断裂机能，又同时具有质轻、抗UV与生物可分解等特点，制成纤维后可应用在科技、国防、医疗等领域。

其优异的物理性质是一般纤维、天然纤维甚至是合成纤维所无法比拟的，是一种优异的生物质高强纤维，因而引起了世界各国科学家的兴趣与关注。

1、需求分析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需求。

医疗卫生方面蜘蛛丝主要成分是蛋白质，人们目前尚未发现人体对蜘蛛丝所含的蛋白质有任何排异反应,这正是蜘蛛丝应用在医学上最大的优点。

又鉴于蜘蛛丝极轻、韧性好、强度大等现有材料不可比拟的优点,科学家认为用它可以生产人工关节韧带、人工肌腱、人造血管等组织,同时还可以做组织修复、用于眼外科和神经外科手术等特细和超特细生物可降解的外科手术缝合线及生物大分子的固定材料。

蜘蛛丝膜具有很好的透明性、生物可降解性和水－空气界面的通透性。

与胶原蛋白和弹性蛋白相似，丝蛋白具有自装配性质，通过二级结构调节以提供机械支撑；与聚酯比较，丝的柔韧性和弹性使其经的起重压和疲劳。

丝蛋白生物相容性好，与胶原起同样的细胞黏附、扩展、分化和生长作用。

丝基质还有机械诱导作用，通过调整丝基质的硬度，提供控制基质的最终机械特性来模仿天然机体组织的机械特性和支持宿主组织内生长，蛛丝蛋白是组织工程支架材料的有力竞争者。

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。

蜘蛛丝的超能力作者：June来源：《中华手工》2012年第06期提到蜘蛛，你也许会浑身起鸡皮疙瘩，但如果你知道蜘蛛丝的诸多神奇妙用，就会对它另眼相看。

蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维，具有很强的弹性、柔韧性和延展性，也具有轻盈、耐紫外线、生物可降解等优点，是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。

作为一种新兴的生物材料，蜘蛛丝有着有趣的、惊人的性能。

它可以用来制作精美的服饰，可以用于制作小提琴弦，并演奏出令人振奋的琴声。

它比目前防弹背心里的“纤维B”更坚固，若将其拧成铅笔一样粗的绳索，只要一根就能把一架正在飞行的波音747飞机拉住。

目前，蜘蛛丝优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注，不少科学家还在研究大量“生产”蜘蛛丝的方法。

随着现代科技的飞速发展，生物技术及其工业应用的日趋成熟，蜘蛛丝的超能力将在更多领域得以展现。

超能力一：蜘蛛丝金缕衣2012年1月，位于伦敦的英国著名艺术博物馆V&A展出了一件华丽神秘的艺术品，震惊了欧洲甚至全球。

那是一件以百分之百的天然蜘蛛丝纯手工织就的“金缕衣”，也是目前世界上仅有的一件大型黄金蜘蛛丝服装。

这件“金缕衣”由Simon Peers和Nicholas Godley共同指导完成。

19世纪的时装与插画激发了他们的灵感，于是两人从2004年就开始用蜘蛛丝做试验，试图复兴正被遗忘的古典艺术。

为了制作这一大片面料，工人每天早上在马达加斯加的高地上捕捉蜘蛛，然后将其放入为了收集蛛丝而特别设计的甲胄中。

这些训练有素的操作者一次给24只蜘蛛取丝，蜘蛛在完成吐丝任务后会被放生回原野。

仅仅这一块面料，就用了将近100万只黄金圆蜘蛛所吐的丝，耗用了80名操作者5年的时间。

采集完毕后，大量的蜘蛛丝用锥子缠绕，运送到编织作坊，由熟练的工人将蜘蛛丝的拉伸性能发挥到最佳。

在马达加斯加加工的织物中，每条基础经纱由96条原蜘蛛丝加捻而成，每条纬纱由10条原蜘蛛丝加捻而成。

面料的一个编法耗用96根纱线，里衬有48根，大面积的刺绣纱由24根未加捻原丝组成。

蜘蛛丝的成因是什么蜘蛛网是由部分种类的蜘蛛吐丝所编成的网状物，用以捕获昆虫、小型脊椎动物等作食物，或用以结巢居住，形成蜘蛛网的过程你想了解吗?下面就让店铺来给你科普一下蜘蛛网怎么形成的。

蜘蛛网的形成蛛丝是蜘蛛赖以为生的“法宝”。

蜘蛛借助蛛丝捕捉猎物、储存食物和繁殖后代。

蛛丝由蜘蛛腹部的丝腺分泌并形成。

丝腺分泌一种胶状丝浆，而丝浆则在喷丝口与蛋白融合反应，形成蛛丝。

蛛丝是自然界最理想的纤维材料之一，强度竟然超过所有其他天然纤维，甚至连以坚韧著称的钢丝和凯夫拉纤维都望尘莫及，尤其以高强度、高韧性著称。

研究表明，蜘蛛可以针对不同用途发出不同生物指令，从而合成产生不同种类的蛛丝。

牵引丝是蜘蛛用于搭建蛛网的丝，在各种蛛丝中最为坚固。

与一般蜘蛛不同，黑寡妇蜘蛛的牵引丝有着更加出众的性能，无论强度还是伸展性都更胜一筹。

这赋予了黑寡妇蛛丝承受更大拉力和形变的能力。

据记载，黑寡妇蛛丝在拉断前可以延伸27%%，强度则超过普通蛛丝的2倍。

据悉，目前市场上还没有出现与蛛丝相关的产品。

但科学家认为，新发现有助于新一代高强度合成纤维工业新材料的开发。

在黑寡妇蛛丝启发下开发形成的新一代高强度合成纤维将在医药、工程、体育、军事等领域大显身手。

新一代合成纤维可以用于制造坚固而轻便的护甲，更加坚韧的手术线、人造腱、人造韧带以及各种新型运动护具等。

哈娅说，借助现已破译的蛛丝遗传密码，科学家可以在诸如细菌、植物或动物等不同宿主身上合成产生构成蛛丝的关键蛋白。

研究小组面临的下一个难题是，如何把合成产生的关键蛋白制造成人造蛛丝。

蜘蛛网的图案装饰蜘蛛网的装饰材料和图案类型，可谓五花八门。

研究人员根据这些“装饰物”的质地，将装饰材料笼统划分为：蛛蛛丝和非蛛丝两种类型。

蜘蛛丝类型顾名思义就是蜘蛛利用本身吐的丝，构建这些神秘图案。

比如，成熟的金蛛(Argiope savignyi)会在圆网中心区织出一张银白色的圆盘状装饰物，而有些金蛛属内的其它种，如黄斑金蛛(Argiope aurantia)结出的装饰物是一个由Z形组成的垂直或交叉状的丝带状装饰物。

——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。

新型天然纤维新型天然纤维——蜘蛛丝专业：纺织工程班级：0902姓名:王少梅中文摘要：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医疗卫生、航天航空、军事等领域具有广阔的应用前景。

主要介绍了蜘蛛丝的结构、性能、生产方法以及应用。

关键词：蜘蛛丝；结构；性能；生产方法；应用前言：进入21世纪，健康、安全、绿色环保已经成为人们关注的焦点之一。

在石油、森林等资源备受保护的今天，利用生物技术开发生物纤维将是21世纪的主要发展趋势之一。

以生物工程和转基因方法开放的性能优良的蜘蛛丝，已成为生物专家、纺织专家积极进行研究的课题，并且获得许多重要成就。

一蜘蛛丝纤维的概况蜘蛛丝的简介蜘蛛丝是一种天然高分子蛋白纤维和生物材料。

其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、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。

蜘蛛丝纤维蛋白质组成，是一种可生物降解且无污染的纤维。

蜘蛛丝有很多的工业用途，但是，它不能像养蚕那样进行商业养殖，其地域性和进攻性使其不能进行大量的养殖，并且蜘蛛吐出的丝并不是像蚕那样形成茧丝，而是蜘蛛“网”丝，也就是所谓的“抽丝”或“网络丝”。

(二) 蜘蛛丝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。

表1 不同种类蜘蛛丝的主要氨基酸组成氨基酸(主壶腹腺) 十字圆蛛大腹圆蛛络新妇蛛甘氨酸丙氨酸谷氨酸脯氨酸丝氨酸亮氨酸精氨酸蜘蛛丝的主要化学成分是甘胺酸、丙胺酸及小部分的丝胺酸，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。

——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。

用于功能性纺织品的古老生物材料——蜘蛛丝A.Sengupta;J.Behera;宫庆双【摘要】同等条件下,蜘蛛丝是世界上最坚韧的纤维,甚至可与钢相媲美.蜘蛛丝又称为游丝.1只蜘蛛可以提供7种不同种类的蜘蛛丝,有些丝非常坚硬、强度高,像梁一样可以撑起整个蜘蛛网;有些丝弹性或黏性好,可以缠绕猎物.强度和弹性的结合使得蜘蛛丝非常不可思议,单单这些特质就能使蜘蛛丝织出令人印象深刻的织物.卵袋可以阻挡紫外线,与某些蜘蛛丝相比,还可以抗收缩.了解蛋白质的结构与蜘蛛的吐丝过程可以帮助科学家合成人造丝.目前,可以通过各种各样的转基因生物体生产合成蛋白,企业和学院都致力于纺丝过程的研究.【期刊名称】《国际纺织导报》【年(卷),期】2015(043)007【总页数】3页(P4,6-7)【关键词】蜘蛛丝;性能;纺丝过程【作者】A.Sengupta;J.Behera;宫庆双【作者单位】羊毛研究协会印度;羊毛研究协会印度【正文语种】中文蜘蛛丝是蜘蛛吐出的一种蛋白质纤维，蜘蛛利用丝织成网状或其他结构，用来捕捉其他动物，或作为巢穴或茧保护它们的后代，也可利用蜘蛛丝悬挂自己。

目前比较流行但缺乏技术精确度的说法认为，许多蜘蛛利用丝线飞航用于扩散幼蛛的分布，科学术语通常称为动态补空蛛。

蜘蛛向空中吐出丝，让其随风吹走。

尽管只有几码的距离，但这是蜘蛛涌入其他地方的普遍方式。

许多海员发现，即使远离陆地，也会在船帆上发现蜘蛛。

用于飞航的细丝称为游丝。

某些情况下，蜘蛛也可以将丝作为食物。

对于一只蜘蛛而言，不同种类的丝产生于不同的腺体中，不同腺体的丝有不同的用途(表1)。

蜘蛛可以生产不同的丝，包括牵引丝、捕捉螺旋丝、Tubiliform丝、葡萄状丝、小主壶腹丝、蛛丝、网、空降丝或气球丝。

蜘蛛丝在长度上是连续的，细度上比人的头发还细(大多数直径为几μm)。

蜘蛛丝非常坚韧，相同质量下强度比钢还高，同等直径下蜘蛛丝的强度是钢的5倍，可以与强度最高的Kevlar纤维相媲美。

仿生学在工程领域的应用案例研究引言：仿生学作为一门跨学科的学科，已经在各个领域展现出了巨大的应用潜力。

尤其是在工程领域中，仿生学通过研究自然界中生物的结构和功能，提供了许多创新的解决方案。

本文将以几个具体的案例来研究仿生学在工程领域的应用，探讨其在改善现实问题和推动技术进步方面的作用。

案例一：鸟类翅膀在飞行器设计中的应用鸟类翅膀的结构经过亿万年的进化，具备轻量、高强度和自适应性等优良特性。

受到鸟类翅膀的启发，研究人员开发了仿生飞行器的翅膀结构，以提高飞行器的性能。

通过模仿鸟类翅膀的骨架结构和羽毛排列方式，仿生飞行器的翅膀能够更有效地产生升力和减少阻力，增强飞行器的机动性和稳定性。

这种仿生设计不仅可以应用于航空领域，还可以在无人机、飞行器等领域发挥作用。

案例二：虎鲸皮肤在船舶涂料中的应用虎鲸是海洋中的顶级捕食者，其身上的皮肤结构拥有独特的阻力降低特性，不仅能够减少水流的摩擦，还能够有效地减少水生生物的附着。

研究人员通过研究虎鲸皮肤的纹理和颜色，开发出一种新型的船舶涂料。

这种涂料能够减少船舶在水中行驶时的摩擦阻力，使船舶具有更高的速度和更低的能耗。

同时，这种仿生设计还能减少海洋生物的附着和损害，保护海洋生态环境。

案例三：蜘蛛丝在材料科学中的应用蜘蛛丝是一种特殊的生物材料，具有轻巧、高强度和高韧性等优秀特性。

研究人员通过仿生设计，将蜘蛛丝的结构和制造方法应用于材料科学中。

利用仿生合成的纳米级蜘蛛丝材料，可以制造出具有超强韧性和耐磨性的纺织品、复合材料和防弹材料。

这种仿生设计在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域都具有广泛的应用前景。

案例四：蝴蝶翅膀在光学领域的应用蝴蝶的翅膀色彩鲜艳且光线反射效果极佳，这得益于蝴蝶翅膀表面特殊的微观结构。

研究人员通过研究仿生设计，将蝴蝶翅膀的微观结构应用于光学领域。

利用仿生合成的微纳米结构表面，可以制造出具有光学抗反射、光波导和超级黑色等特性的材料。

这种仿生设计在太阳能电池板、显示器件和摄像头镜头等设备中有着广泛的应用潜力。