比钢铁更强 比凯夫拉尔纤维更韧 科学家揭秘世界上最坚韧的蜘蛛丝
比钢铁更强比凯夫拉尔纤维更韧科学家揭秘世界上最坚韧的蜘蛛丝南丹麦大学的生物物理学家伊琳娜-伊阿奇娜（IrinaIachina）拿着金色球网蛛生产的丝纤维。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学如果我们能够研制出具有这些特性的合成材料，那么一个全新的世界就有可能出现：人造蜘蛛丝可以在工业中取代凯夫拉尔、聚酯纤维和碳纤维等材料，例如用于制造轻质柔韧的防弹背心。南丹麦大学（SDU）生物化学与分子生物学系的博士后、生物物理学家伊琳娜-伊奇娜（IrinaIachina）参与了这场寻找超级蛛丝配方的竞赛。她在南丹麦大学攻读硕士学位时就对蜘蛛丝非常着迷，目前她正在波士顿麻省理工学院研究这一课题，并得到了Villum基金会的支持。南丹麦大学生物物理学家伊琳娜-伊奇娜（IrinaIachina）在电脑上研究蜘蛛丝。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学作为研究的一部分，她正在与南丹麦大学的副教授、生物物理学家乔纳森-布鲁尔（JonathanBrewer）合作，后者是使用各种显微镜窥视生物结构的专家。现在，他们首次共同使用光学显微镜研究了蜘蛛丝的内部结构，而无需以任何方式切割或打开蜘蛛丝。这项研究成果现已发表在《科学报告》和《扫描》杂志上。乔纳森-布鲁尔解释说："我们使用了几种先进的显微镜技术，还开发了一种新型光学显微镜，可以让我们一直观察到纤维内部的情况。"金眶网蜘蛛从后部生产蚕丝。图片来源：AndersBoe/南丹麦大学迄今为止，人们已经利用各种技术对蜘蛛丝进行了分析，所有这些技术都提供了新的见解。然而，正如乔纳森-布鲁尔（JonathanBrewer）指出的那样，这些技术也有缺点，因为它们通常需要将丝线（也称纤维）剪开，以获得用于显微镜检查的横截面，或者冷冻样品，这可能会改变丝纤维的结构。伊琳娜-伊阿奇娜（IrinaIachina）说："我们希望研究未经切割、冷冻或任何操作的纯净纤维。"为此，研究小组使用了相干反斯托克斯拉曼散射、共聚焦显微镜、超分辨共聚焦反射荧光损耗显微镜、扫描氦离子显微镜和氦离子溅射等侵入性较小的技术。不同的研究显示，蜘蛛丝纤维至少由两层外层脂质（即脂肪）组成。在它们的后面，即纤维的内部，有许多所谓的纤维丝，这些纤维丝呈直线排列，紧密地并排在一起（见插图）。纤维的直径在100到150之间，低于普通光学显微镜的测量极限。《科学报告》论文中的插图：本研究中发现的蜘蛛丝纤维的拟议结构示意图（不按比例）。(A）纤维侧视图，（B）纤维横截面。外层是非导电的富脂层（绿色），厚度在0.6至1微米之间，内层是两个导电的自发荧光蛋白层：一个是FITC亲和力较强的蛋白层（蓝色），另一个是罗丹明B亲和力较强的蛋白层（橙色）。内部蛋白质核心由结晶纤维组成，平行于纤维长轴排列，周围是无定形的蛋白质区域。图片来源：南丹麦大学伊奇纳/布鲁尔。伊阿奇娜说："它们并没有像人们想象的那样扭曲，因此我们现在知道，在尝试制造合成蜘蛛丝时，没有必要扭曲它们。"伊奇娜和布鲁尔使用的蛛丝纤维来自马达加斯加金眶蜘蛛（NephilaMadagascariensis），这种蜘蛛生产两种不同类型的蛛丝：一种被称为MAS（MajorAmpullateSilkfibers），用于构建蜘蛛网，也是蜘蛛用来悬挂的丝，算得上蜘蛛的生命线；它非常结实，直径约为10微米。另一种被称为MiS（MinorAmpullateSilk纤维），是建筑的辅助材料。它更具弹性，直径通常为5微米。根据两人的分析，MAS丝含有直径约为145纳米的纤维。而MiS的直径约为116纳米。每条纤维都由蛋白质组成，其中涉及多种不同的蛋白质。这些蛋白质是蜘蛛在制造丝纤维时产生的。了解它们如何制造出如此强韧的纤维非常重要，但制造这种纤维也具有挑战性。因此，该领域的研究人员通常依靠蜘蛛为他们生产蚕丝。或者，他们也可以求助于计算方法，这正是伊琳娜-伊奇娜目前在麻省理工学院从事的工作："现在，我正在对蛋白质如何转化为丝绸进行计算机模拟。当然，我们的目标是学习如何生产人造蛛丝，但我也有兴趣帮助人们更好地了解我们周围的世界。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384021.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384021.htm
