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蜘蛛絲也能做衣服了最堅(jiān)固和最有彈性材料之一來(lái)了

發(fā)布日期：2017-04-06
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　　在1709年,，法國(guó)蒙彼利埃法庭院長(zhǎng)Fran?ois Xavier Bon de Saint Hilaire先生向路易十四贈(zèng)送了一雙銀色的蜘蛛絲長(zhǎng)襪,，它是由數(shù)百個(gè)精心收集的卵囊編織的?！艾F(xiàn)在唯一的困難在于采購(gòu)足夠數(shù)量的‘蜘蛛卵袋’來(lái)做大量的工作,。”Bon在第二年給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一封信中寫道,。三個(gè)多世紀(jì)以后,，這個(gè)難以克服的困難已經(jīng)得到解決，并且非王室的人第一次有機(jī)會(huì)購(gòu)買蜘蛛絲服裝——一個(gè)深藍(lán)綠色的領(lǐng)帶,，由位于灣區(qū)的一個(gè)生物科技公司Bolt Threads生產(chǎn),，限量50個(gè)。

　　當(dāng)然,，蜘蛛自古以來(lái)都是為了它們自己的目的而生產(chǎn)蜘蛛絲,。據(jù)《蜘蛛的私生活》的作者Paul Hillyard所述，最早的證據(jù)來(lái)自紐約州的有著三百八十萬(wàn)年歷史的泥盆紀(jì)頁(yè)巖,，在那里,，古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了已經(jīng)石化了的蜘蛛的臀部——一種具有二十個(gè)閘口的蛛形綱動(dòng)物的蓮蓬頭，古老的蜘蛛通過(guò)它們將蜘蛛絲拉出,，然后將這些蜘蛛絲組合成單個(gè)線,。

　　從那時(shí)起，蜘蛛型已經(jīng)進(jìn)化成了七種不同的高度分化的絲腺,。雄性蟹蛛在交配前會(huì)制造葡萄狀腺絲綁住它們的雌性蟹蛛;雌蜘蛛會(huì)編織卵形管狀卵囊;而活板門蜘蛛會(huì)生成特殊的粘性的蜘蛛絲球,，用于構(gòu)建層狀地層和蜘蛛絲的重型回轉(zhuǎn)門。不過(guò),，最萬(wàn)能的類型還是壺腹?fàn)罨蝮w后避敵絲,，蜘蛛用它們來(lái)沿繩下降和構(gòu)建蜘蛛網(wǎng)。綜合起來(lái),，這些不同種類的蜘蛛絲可以被運(yùn)用到似乎無(wú)限種類的形式中：蜘蛛絲潛水鐘,、蜘蛛絲遮陽(yáng)傘，甚至蜘蛛絲迷彩服,。(Hillyard注意到,，“一片小的、看起來(lái)雜亂無(wú)章的白色蜘蛛絲”出人意料地像一塊鳥糞,。)

　　人類對(duì)蜘蛛絲的利用落后于蛛形綱動(dòng)物自己的獨(dú)創(chuàng)性,。據(jù)說(shuō)，古希臘人使用卵囊來(lái)包扎傷口,，而新幾內(nèi)亞漁民們則知道將結(jié)網(wǎng)性蜘蛛結(jié)的網(wǎng)編織成漁網(wǎng),。然而在服裝方面,，家蠶結(jié)的不牢固的網(wǎng)占據(jù)了主宰地位。Bon將此歸因于人類對(duì)“如此卑鄙的昆蟲”的偏見(jiàn),，但更實(shí)際的原因是蜘蛛已被證明對(duì)馴化有抵抗力,。“在房間里飼養(yǎng)年幼的蜘蛛,，”Bon著重提到,，總會(huì)以一種方式收尾：它們互相搏斗并吃掉對(duì)方。這很可惜,，因?yàn)橹┲虢z是一種神奇的材料,。

　　蜘蛛絲非常堅(jiān)韌，比鋼鐵還要堅(jiān)固,，并且比凱夫拉爾纖維還耐撕裂,。雖然人類可以相對(duì)容易地穿過(guò)蜘蛛網(wǎng)，這是因?yàn)槊織l線的直徑只有千分之三毫米,。如果將其擴(kuò)展到超過(guò)一毫米,，估計(jì)一張蜘蛛網(wǎng)可以像捕捉蒼蠅一樣捕捉住一架直升飛機(jī)。蜘蛛絲同樣還非常有彈性并且輕巧;一些蜘蛛絲在斷裂前可以拉伸到長(zhǎng)達(dá)原長(zhǎng)度的五倍,，并且長(zhǎng)度足以繞地球一圈的蜘蛛絲的重量只有超過(guò)一磅,。蜘蛛還是優(yōu)秀的化學(xué)家，常常使它們的蜘蛛絲變得防水且具有抑菌特性,。

　　在這種誘惑下,，有少數(shù)迷戀于蜘蛛絲的創(chuàng)業(yè)者們幾年來(lái)都試圖追上Bon的腳步——并且在沒(méi)有失敗的情況下，遇到了同樣的規(guī)模問(wèn)題,。南北戰(zhàn)爭(zhēng)的外科醫(yī)生Burt Green Wilder,，他因在所有人之前使用術(shù)語(yǔ)“神經(jīng)元”并且收集腌制的大腦而被人熟知。他報(bào)告說(shuō),，當(dāng)他在南卡羅來(lái)納州的Folly Island上與一個(gè)由非洲裔美國(guó)人組成的第五十四馬薩諸塞州志愿步兵團(tuán)一起服役時(shí),，從一個(gè)大型圓蜘蛛中提取出了一百五十碼的金線。受到啟發(fā)的Wilder繼續(xù)設(shè)計(jì)出了一個(gè)非常微小的去絲機(jī)：有一塊鉸鏈木板將蜘蛛的頭部和腿部固定在一側(cè),，將其腹部固定在另一側(cè),，手搖捲軸將蜘蛛絲拉出。這是一個(gè)聰明的裝置,，但是Wilder后來(lái)得出結(jié)論,，編織一只蜘蛛絲連衣裙需要五千只動(dòng)物的原料。一個(gè)多世紀(jì)以后,，科學(xué)并沒(méi)有得到太多的發(fā)展,。在1982年，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員仍在發(fā)表論文,，描述“強(qiáng)制蜘蛛吐絲的裝置和技術(shù)”——本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是Wilder發(fā)明的裝置的升級(jí)版,，能夠一次容納數(shù)十只蜘蛛。

　　然后是九十年代的基因革命,，可以通過(guò)DNA賦予更多溫順的物種來(lái)制造蜘蛛絲,。不再需要一個(gè)圓蛛的乳制場(chǎng)和農(nóng)場(chǎng);轉(zhuǎn)基因大腸桿菌、酵母菌,、煙草植物,、甚至山羊都可以制造蜘蛛絲。(生物科技公司在山羊牛奶中飼養(yǎng)它們生產(chǎn)蜘蛛絲失敗后,，國(guó)防部資助的Biosteel山羊的遺骸目前被存放在猶他州立大學(xué)內(nèi),。)

　　根據(jù)Bolt的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Dan Widmaier所述，問(wèn)題在于,，即使把活的蜘蛛從這個(gè)方程式中移走了,，這個(gè)過(guò)程仍然存在。該公司選擇在不銹鋼罐內(nèi)使用水和糖進(jìn)行發(fā)酵后生成的啤酒酵母制作蜘蛛絲——一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的裝置,。但是編碼蜘蛛絲所生成的基因序列幾乎完全由DNA的四個(gè)分子中的兩個(gè)所構(gòu)成,，這意味著它們是高度重復(fù)的并且易被破壞。Widmaier說(shuō),，修補(bǔ)這些序列以使酵母表達(dá)不同的絲蛋白的過(guò)程是“痛苦的”;據(jù)他估算,，自2009年成立以來(lái)，Bolt已經(jīng)使用了四千多種配方,?！叭缓螅坏┠阃瓿闪税l(fā)酵,，并且蟲子已經(jīng)制成了所有這些漂亮的蛋白質(zhì),，那么你的下一個(gè)問(wèn)題就是如何將它們以一種高品質(zhì)、純凈的流體的形式用作你的紡織原料,?！彼f(shuō)道。換句話說(shuō),，這種酵母不得不被分解出來(lái),，所以Widmaier和他的同事們不用再被迫地去分離每一個(gè)細(xì)胞。

　　將絲蛋白從Bolt的發(fā)酵罐中的含糖酵母水分離后,，將其純化成粉末,。“它看起來(lái)就像一個(gè)你從GNC(健安喜,，營(yíng)養(yǎng)食品公司)買來(lái)晃動(dòng)你的肌肉的東西,。”然后將粉末與溶劑混合,，直到其承受橡膠粘合劑的粘度：所得到的泡沫稱為紡絲原液,，并且可以通過(guò)模具擠出以產(chǎn)生纖維,。(從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，蜘蛛依賴于推拉機(jī)制將其自旋涂料轉(zhuǎn)化為螺紋：血壓的突然下降迫使粘性絲蛋白從其腹部的淋浴頭狀噴嘴中噴出來(lái),，然后蜘蛛使用其腿部和體重的力量將這些小球牽引成蜘蛛絲,。)“在旋轉(zhuǎn)中，有很多繁瑣的,、普通的事情出了問(wèn)題,。”Widmaier說(shuō)道,。任何蛋白質(zhì)純度,、粘度、pH以及溫度的微小調(diào)整都能夠?qū)⒓徑z原液轉(zhuǎn)化成粘稠的混合物,，從而形成小珠子,，而不是絲線或堵塞。因此,，Widmaier的驕傲在于他生產(chǎn)了五十條領(lǐng)帶,，每條領(lǐng)帶都相當(dāng)于拉了九十公里的蜘蛛絲。

　　Bolt Threads和猶他州Biosteel山羊背后的破產(chǎn)公司在追求基因工程的蜘蛛絲的路上并不孤單,。

　　去年,，一家名為Spiber的日本公司使用大腸桿菌為The North Face制作了一次性的大衣，而Adidas與德國(guó)生物材料公司AMSilk合作,，制造了蜘蛛絲運(yùn)動(dòng)鞋,。但是，是Bolt贏得了這個(gè)制造商業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng),，即使其生產(chǎn)的數(shù)量是如此之小,，以至于公司通過(guò)隨機(jī)搖號(hào)來(lái)選擇買家。目前,，這些領(lǐng)帶沒(méi)有鋼鐵堅(jiān)固,，它們防彈、防水且彈性非常強(qiáng)——Widmaier建議精心打理它們——但是,，回到實(shí)驗(yàn)室里,，他表示，公司正在和Patagonia公司合作開發(fā)更多野心勃勃的產(chǎn)品,。公司也正在努力提高其對(duì)環(huán)境的影響,。相比于任何其他行業(yè)，紡織工業(yè)會(huì)生產(chǎn)出污染最嚴(yán)重的廢水,，主要是由于合成染料的原因,，所以Bolt正在研制一種可以排出顏色和蜘蛛絲的酵母菌株。而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Widmaier說(shuō),，他的目標(biāo)是讓酵母菌脫離玉米糖,，它是一種可以被人類食用的作物，以及從廢紙,、鋸屑和污水污泥中生成的纖維素基糖,。仿生纖維已經(jīng)在行業(yè)的上一次重大飛躍中提供了重要的環(huán)境優(yōu)勢(shì)——以石油化工為基礎(chǔ)的織物，如尼龍和氨綸,。

　　該公司所做的不僅已經(jīng)超越了領(lǐng)帶，還超越了絲綢,?！皬哪撤N程度上來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)研究所研究的殘存物,，稱之為蜘蛛絲,。”Widmaier說(shuō)道,，“考慮了所有的情況之后,，我們正在制作蛋白質(zhì)纖維，它們具有橫截面,、紋理和屬性,，這使它們摸起來(lái)就像是幾乎任何你想要的東西——羊毛、尼龍或者一個(gè)全新的東西,?！痹谖磥?lái)，生物絲綢可能會(huì)以軍用裝甲和藥品包裝的形式出現(xiàn),，但是Widmaier自己的夢(mèng)想?yún)s很簡(jiǎn)單：生產(chǎn)出更好,、更耐用、更舒適的長(zhǎng)袖毛衣,?！拔抑肋@不是一個(gè)太空升降艙，”他說(shuō)道,，“但是這是一件真正能讓我感到興奮的事情,。”