控制超收缩调整蜘蛛丝的拉伸性能

模拟蜘蛛丝性能纺制的纤维已首次获得成功，这种纤维是以蜘蛛牵引丝为基础制造而成的。然而，纤维性能较大的波动性阻碍了仿生丝纤维和丝的基础研究的进展。我们的研究结果表明通过控制蜘蛛丝的超收缩，其拉伸性能可以预期和再现。超收缩现象即如果不控制纤维的末端并把它浸于水中，蜘蛛丝轴向尺寸会有大的收缩。这个方法可以再现牵伸丝的拉伸性能并且获得大量供实验使用的可预知其性能的丝纤维。这些结果可用牵伸丝分子模型加以解释，蛋白质分子链的重排是天然牵引丝性能多变的原因之一。     

大腹圆蛛丝蛋白的氨基酸组成分析

分析了大腹圆蛛牵引丝、蛛网框丝和包卵丝的氨基酸组成，研究了蜘蛛丝氨基酸组成与纤维内分子排列状态以及分子结构的关系，研究表明，不同功能蜘蛛丝的氨基酸组成存在较大的差异，总的说来，大腹圆蛛丝中大侧基氨基酸含量较多，导致纤维的结晶度较低，大量的极性氨基酸使分子间的作用力增大，同时其氨基酸分布使纤维内的大分子链具有多种构象形式，从而使这种低结晶度纤维具有高强度和高伸长率。     

虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝

结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维被认为是世界上综合力学性能最优异的天然蛋白质纤维,同时具有良好的生物降解性和生物相容性,但是结圆网蜘蛛具有互相蚕食性,无法进行规模化人工养殖。虎纹捕鸟蛛作为目前众多种类蜘蛛中唯一可人工养殖的蜘蛛,其蛛丝纤维同样具有良好的生物学特性,在生物医用材料领域具有潜在的应用前景。本文概要介绍虎纹捕鸟蛛丝纤维的组成、结构与性能,并在此基础上阐述了静电纺再生捕鸟蛛丝纤维的形态结构及细胞增殖粘附性能,分析其在生物医用材料领域的潜在应用价值。     

虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝

结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维被认为是世界上综合力学性能最优异的天然蛋白质纤维,同时具有良好的生物降解性和生物相容性,但是结圆网蜘蛛具有互相蚕食性,无法进行规模化人工养殖.虎纹捕鸟蛛作为目前众多种类蜘蛛中唯一可人工养殖的蜘蛛,其蛛丝纤维同样具有良好的生物学特性,在生物医用材料领域具有潜在的应用前景.本文概要介绍虎纹捕鸟蛛丝纤维的组成、结构与性能,并在此基础上阐述了静电纺再生捕鸟蛛丝纤维的形态结构及细胞增殖粘附性能,分析其在生物医用材料领域的潜在应用价值.     

高性能蛋白质纤维蜘蛛丝的研究与应用(2)

蜘蛛由于不能象蚕一样大量饲养而获取丝纤维，因此如何实现蜘蛛丝的工业化生产，成了科学工作者十分感兴趣的研究课题。自从W.Xu和Lewis利用生物技术表达了Nephlia蜘蛛大囊状腺分泌丝和鞭毛状腺分泌丝的部分基因片段后，国外大量的研究机构投入力量到人工合成蜘蛛丝蛋白的研究中，同时也使生物工程技术在蜘蛛丝研究方面的发展优于蚕丝。     

蜘蛛丝的结构性能与研究现状

结合蜘蛛丝研究的历史与研究现状，阐述了中国大腹圆蜘蛛牵引丝，框丝及包卵丝等天然蜘蛛丝的聚集态结构和形态结构，对比分析了蜘蛛丝的物理，力学及机械性能，介绍了利用基因工程技术人工生产蜘蛛的主要方法和途径。     

用于功能性纺织品的古老生物材料——蜘蛛丝

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。     

转基因家蚕生产含蜘蛛丝蛋白的新型复合茧丝纤维

为了人工大量生产蜘蛛丝蛋白．蜘蛛牵引丝基因（MaSpl）被用piggyBac转基因载体导人家蚕染色体中。茧丝蛋白分析显示，转基因家蚕可以生产含有蜘蛛牵引丝蛋白的复合茧丝新纤维。与天然茧丝相比．转基因家蚕茧丝强度增加5．3％．而断裂伸长几乎没有变化。研究表明。利用转基因家蚕大量生产各种新型复合蛋白质纤维材料具有潜在的应用前景。     

蜘蛛丝的皮芯层及原纤化构造

蜘蛛丝的微观形态结构是决定其力学性能的重要因素，为了探索蜘蛛丝优异力学性能的形成机理，研究大腹园蛛牵引丝、蛛网框丝和包F口丝的微观形态结构特征，得出三种蜘蛛丝都具有原纤化和皮芯层结构。     

转基因家蚕生产含蜘蛛丝蛋白的新型复合茧丝纤维

为了人工大量生产蜘蛛丝蛋白,蜘蛛牵引丝基因(MaSp1)被用piggyBac转基因载体导入家蚕染色体中。茧丝蛋白分析显示转基因家蚕可以生产含有蜘蛛牵引丝蛋白的复合茧丝新纤维。与天然茧丝相比,转基因家蚕茧丝强度增加5.3%,而断裂伸长几乎没有变化。研究表明利用转基因家蚕大量生产各种新型复合蛋白质纤维材料具有潜在的应用前景。     

蜘蛛丝与蚕丝结构性能比较

蜘蛛和蚕同属于节肢动物,蜘蛛丝与蚕丝又同属于蛋白质纤维,但它们纤维的性能却存在很大的差异,本文就蜘蛛丝与蚕丝的性能进行分析比较,阐明其异同点,为它们在纺织业中的应用提供一定的理论与技术基础。     

纺织新材料蜘蛛丝

纺织新材料蜘蛛丝蜘蛛丝是一种珍贵的物质，也是目前所知世界上最为坚韧且具弹性的纤维之一。两年前，美国陆军已成功地从蜘蛛体内提取出蜘蛛丝用来制造防弹背心，最近，参谋部又责成纳蒂克研究中心的工程师和分子生物学家饲养一大批能吐出很坚韧的金黄色蛛丝的巴拿马蜘蛛...     

络新妇蜘蛛在饲养中所产牵引丝的颜色

将56只来自佛罗里达州同一区域的络新妇蜘蛛关养在相同环境中，并喂以相似的蟋蟀。从其大囊状腺体中强制取丝。记录下取丝时间和牵引丝的颜色。在不同的取丝阶段，丝的颜色经历了从全白到白色和黄色的各种组合再到全黄色的变化。如果蜘蛛至少被取了4h的白色丝，38％的蜘蛛丝的颜色将在此刻突然变成黄色。观测表明，除饲料和环境以外，其它因素对饲养中强制取得的丝的颜色也有影响。研究还表明，蜘蛛体内储存有有色和无色丝，并且强制取丝的某些因素阻碍了蜘蛛对颜色的选择。黄色丝和白色丝具有相似的外观形态和拉伸性能。     

蜘蛛丝研究的动向

1　蜘蛛和蜘蛛丝蜘蛛丝作为新的天然高分子纤维和生物材料,其特殊的机械(力学)性能(优良的强度、模量、伸长度、断裂能以及轻盈、较耐紫外线等等)是包括蚕丝在内的天然和合成纤维所不能比拟的。蜘蛛丝能否成为防弹织物、缆绳的原料纤维以及宇航用材料已引起多方关注。最近3年Ｓｃｉｅｎｃｅ等杂志连续发表10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。其中有的报道蜘蛛丝蛋白质分子高度取向和优良的力学性能,有的报道蜘蛛丝基因密码的结晶区主要重复片段结构域的氨基酸序列特点。美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后从动物科学、材料…     

用转基因技术生产高性能纤维产品

目前加拿大蒙特利尔Nexia生物工程组织正在利用转基因技术生产性能优于蜘蛛丝网的高性能纤维。很久以前我们就知晓，蜘蛛丝网是自然界中最高级的生物聚合物，它在医学及特殊工业国防领域等方面有极重要用途，因为它本身兼有拉伸强力高(可达40万1h／in^2)、柔曲性好、重量轻(仅为石油基化纤的25％)和生物相容性好等优异性能。但由于蜘蛛常自相残杀，不能像养蚕抽丝那样规模化生产。为此该组织试图把蜘蛛产生丝网的基因转移到奶山羊乳房乳腺细胞上。由此生产含有蜘蛛丝蛋白的羊奶，再从奶中提取生产蜘蛛丝网般的高性能纤维。     

自控能力及成丝条件与蜘蛛丝力学性能的关系

研究了不同麻醉深度下 ,人工卷取的蜘蛛牵引丝的力学性能 ,并从人工纺丝的角度出发 ,探索了成丝过程中的张力和湿度对牵引丝力学性能的影响。结果显示 ,随麻醉时间的增加 ,牵引丝的强力下降 ,直径减小 ,但其它力学性能指标未出现大幅度下降 ,说明蜘蛛在失去自控能力时 ,腺体的蛋白液结构对丝纤维的性能还是有决定性作用的。在外加张力为 0.039cN时 ,蜘蛛牵引丝的综合力学性能最佳。加湿后 ,除伸长略有增加外 ,牵引丝的其余力学性能指标均下降。     

蜘蛛（Araneus diadematus）包卵丝的多轴各向异性

1.引言 对于蜘蛛丝及昆虫丝类的研究,正在促进生产高性能纤维的新途径。现在人们的注意力主要集中在大囊状腺的牵引丝上,因为它有极好的拉伸强力,刚性和韧性。所有天然丝都是在温和的环境下吐出来的,并且都可以生物降解,由于存在这种潜力,因而可利用基因工程     

人造蜘蛛丝研究

美国怀俄明大学正在进行的军用蜘蛛丝研究项目，获得了美国空军科研办的支持。实践证明，批量生产天然蜘蛛丝是不可实现的。因此，批量蜘蛛丝只能用人造蜘蛛丝蛋白进行纺丝。目前，科研人员已用蜘蛛基因殖入细菌，制成化学结构与蜘蛛丝相似的蛋白质，可供实验纺丝应用。此外，研究人员已用转基因山羊生产出含蜘蛛丝蛋白的奶，从转基因山羊奶提取的蛋白质可纺成高强度、轻质和高弹性丝，这种丝可用于轻质军用防弹背心，也可用于高强度降落伞，适用于重装备空降。另外可用于人造韧带。目前，该科研团队已研制成15种蜘蛛丝，如果进一步改进纺丝工艺，这些人造蜘蛛丝的性能有望继续得到改善。     

蜘蛛丝研究与应用概述

尽管研究人员欣赏蜘蛛丝经过4亿年进化而形成的卓越性能，但以蜘蛛的速度纺蜘蛛丝还未实现商业化运作。一些科学小组正在寻找提高纺丝速度的途径，包括快速去除蛋白液中水分和迫使蛋白分子更快排列的技术。科学家们还希望通过同时纺几百根丝来加工复丝。研究人员和生物学家们正在利用毛虫、酵母、细菌、母牛和仓鼠、苜蓿草和山羊等的转基因技术来进行各种蜘蛛丝品种的试验，最终目的是开发出模仿或超越天然丝所有性能的蜘蛛丝。这些丝将拥有更广泛的应用领域，从医用缝合线到防弹背心。     

蜘蛛丝的热性能研究

采用热重分析法（TG）和差示扫描量热法（DSC），研究了大腹圆蛛具有不同功能的牵引丝，蛛网框丝，内、外层包卵丝的热性能，并通过与桑蚕丝丝素热性能的对比分析，探索蜘蛛丝的内在结构因素。