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科學家利用蜘蛛絲製造服裝和醫療設備


藍海長青智庫S公司希望,這些合成絲能被紡成防寒大衣和座椅面料對於蜘蛛絲的吹捧自世紀年代便開始了。當時,位於蒙彼利埃的法國皇家科學學會主席FçXBSH在給同事的信中寫道:「你將非常吃驚地聽到,蜘蛛產生的絲和普通絲綢一樣美麗、結...

- 2017年12月28日01時26分
- 科學文摘 / 藍海長青智庫

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科學家利用蜘蛛絲製造服裝和醫療設備圖片

Spiber公司希望,這些合成絲能被紡成防寒大衣和座椅面料

對於蜘蛛絲的吹捧自18世紀10年代便開始了。當時,位於蒙彼利埃的法國皇家科學學會主席François Xavier Bon de Saint Hilaire在給同事的信中寫道:「你將非常吃驚地聽到,蜘蛛產生的絲和普通絲綢一樣美麗、結實和光滑。」現代的吹捧則宣稱,蜘蛛絲的強韌程度是鋼鐵的5倍,但仍然比橡膠靈活。如果它能被製成繩子,那麼一張大尺度的網將能套住一架噴氣客機。

關鍵詞是「如果」。研究人員在1990年首次克隆出蜘蛛絲基因,以期將其植入其他生物體來生產絲。蜘蛛無法像蠶一樣被養殖,因為它們具有地盤性,並且會同類相食。如今,大腸桿菌、酵母菌、植物、蠶甚至山羊都能通過基因改造大量產出蜘蛛絲蛋白,儘管這些蛋白通常比蜘蛛自身的蛋白更短、更簡單。公司已成功地將這些蛋白轉入強韌程度足夠高的線中,從而產生一些服裝原型,包括阿迪達斯公司的跑鞋和北臉公司的輕便大衣。不過,迄今為止,公司仍在為大規模生產此類服裝努力。

一些管理人員表示,他們最終可能會改變策略。位於美國加州愛莫利維爾的初創公司Bolt Threads表示,其已經完善了在酵母菌中生長蜘蛛絲蛋白的方法並且每年有望產出數噸蜘蛛絲線。在密西根州蘭辛市,Kraig

Biocraft實驗室表示,其僅需要同越南的養蠶場進行最終談判,便能製造出大量的蜘蛛絲和蠶絲混合物。目前,美國軍方正在測試將其用於彈道學保護。「自上世紀90年代起,該領域取得了巨大進展。而當時,無論是在功能規模,還是商業規模上,大規模產出蜘蛛絲似乎都是遙不可及的。」瑞典皇家理工學院生物化學家My Hedhammar表示。

然而,很多生物技術和研究觀察者對大規模生產蜘蛛絲繩子和纖維的前景持謹慎態度。「目前,該領域尚未進展到這一步。」美國自然歷史博物館蜘蛛絲基因學家Cheryl Hayashi認為,「我們仍無法在商店的貨架上看到這些東西。」

人們的夢想是仿製出蜘蛛吐出來的7種絲中最強韌的那種:能讓蜘蛛懸掛在網上並且含有7種蛛絲蛋白的牽引蛛絲。這些蛋白分子很大——每個最大有600千道爾頓(kDa),幾乎是普通人類蛋白大小的兩倍。這使其很難在經過基因改造的生物體內生產出來。公司大多選擇生產50 到200

kDa的版本,因為它們更容易被表達。這些較小的蛋白產生的絲通常沒有那麼強韌和靈活。「從某個方面來說,隨著蛋白變小,機械性能便會喪失。」猶他州立大學化學家Randy Lewis表示。Lewis團隊最先克隆出蜘蛛絲基因。

與此同時,研究證實,模仿蜘蛛將濃縮蛋白液紡成纖維的方式也很困難。目前,Lewis能將蜘蛛絲蛋白紡成不溶於水的纖維,並且消除了對昂貴且可能有毒的有機溶劑的需求。由瑞典皇家理工學院流體物理學家Daniel

Söderberg領導的團隊找到了一種利用木材和紙張中線性化的纖維素纖維來排列蜘蛛絲蛋白以形成纖維的方法。不過,在商業規模上將這些絲紡成纖維是另外一回事。「放大規模是一項巨大的挑戰。」位於德國慕尼黑的蜘蛛絲初創公司AMSilk首席科技官Lin Römer表示。

蜘蛛絲蛋白已進入市場銷售,但只是在化妝品和醫療設備領域,而非應用到高強度的纖維中。AMSilk在大腸桿菌中生長出蜘蛛絲蛋白並且將純化的蛋白乾燥,使其形成粉,或者將其混合進凝膠中,以便用作諸如保濕乳液等個人護理產品的添加劑。據稱,蜘蛛絲蛋白能幫助乳液在皮膚上形成非常順滑、透氣的保護層。Römer介紹說,目前公司每年會賣出好幾噸純化的蜘蛛絲蛋白成分。

AMSilk還在完成一項包裹有該公司蜘蛛絲蛋白的矽膠乳房植入臨床試驗。由於這些蛋白含有高度重複的小胺基酸序列,因此據說它們幾乎不會被免疫系統發現。這種包裹還 能比聚四氟乙烯或者不鏽鋼更容易擺脫掉細菌。Römer表示,這些優勢應當會使公司利用蜘蛛絲包裹改善從人工髖關節到導尿管的諸多植入物。Kraig

Biocraft實驗室和位於斯德哥爾摩的Spiber技術公司表示,它們也正在開發類似應用。

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