合成蜘蛛丝

朱崇恺

蜘蛛丝是自然界中强度最大、最坚韧的材料之一，它的强度与钢一样坚固，韧性甚至比防弹用的凯夫拉纤维更强。蛛丝这种无与伦比的强度和韧性组合使这种蛋白质材料成为许多应用的理想选择，比如超薄手术缝合线、防弹服装等。但不幸的是，由于蜘蛛的领土意识和自相残杀的本能，它们的丝不可能大规模地生产，因此其实际应用还没有实现。

盡管科学家们之前已经能够制造出某些形式的合成蛛丝，但却无法设计出包含大部分天然蛛丝特性的材料。时至今日，圣路易斯华盛顿大学工程与应用科学学院张福忠副教授在《生物大分子》杂志上发表了新的研究，表明蛛丝的拉伸强度和韧性与其分子量保持正相关—分子越大，丝就越强—即使在合成丝中也是如此。张福忠副教授新合成的人造蛛丝的分子重量（556 kDa）几乎是原先纪录保持者（285 kDa）的两倍，甚至超过了天然拉丝蛛丝蛋白（370 kDa）。这里kDa为千道尔顿，是一种原子量单位。

展望未来，张福忠副教授的实验室正致力于使用生物合成丝纤维取代工业中使用的由石油生产的合成纤维。此外，他们的工作还显著表明，如果能够生产出更大的蛋白质，这种纤维的强度和韧性还可以继续增加。