崔媛媛

蠶和蜘蛛都是動物界非常優(yōu)秀的“紡織能手”，它們吐的絲的優(yōu)良性能令我們?nèi)祟惙Q奇?？茖W(xué)家致力于研發(fā)“人造蠶絲”“人造蛛絲”，以滿足我們除衣著服飾以外的更多方面的需求。

動物界中有很多天生的“紡織能手”，它們吐出長絲，或?yàn)樽约捍罱ǚ课?，或布下羅網(wǎng)捕獲獵物。而對于人類來說，這些天然的動物纖維則可為人類所用。人類早在5000年前就開始探索蠶吐絲的秘密，并利用蠶絲制作衣物。而在今天，人類更是創(chuàng)造性地將蠶絲、蜘蛛絲等運(yùn)用到軍事、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。各種奇“絲”妙想正在改變著我們的生活。

纖維“皇后”：蠶絲

蠶絲是人類最早利用的天然動物纖維之一，蠶絲因其特殊的光澤和細(xì)膩光滑的手感而成為人類的優(yōu)質(zhì)服飾原料。中國是世界上最先養(yǎng)蠶繅絲的國家，并且壟斷絲綢業(yè)達(dá)3000年之久，歷史上為打通亞洲和歐洲的絲綢貿(mào)易路線而建立的“絲綢之路”更是聞名遐邇。中國古人早已懂得選擇性地飼養(yǎng)家蠶，因?yàn)榧倚Q所產(chǎn)的蠶繭比普通野生蠶蠶繭要大得多，同時也易于拆散和抽絲。

蠶在化蛹前，要先連續(xù)吃一個月的“桑葉大餐”，將自己的體重增加到剛出生時的1萬倍。在作繭時，蠶會尋找一根樹枝作為固定點(diǎn)，然后將頭向后仰，從口中吐出細(xì)長的絲線，并像寫阿拉伯?dāng)?shù)字“8”那樣不斷地?fù)u晃頭部，從外到內(nèi)地吐絲作繭，直至將自己關(guān)在繭——由蠶自己建造的“保護(hù)倉”中。一只蠶大約要吐1千米長的絲才能織出一個完整的繭。繭可以有效地防止外界的細(xì)菌、鳥類等對蠶的傷害。

蠶作為人類的絲綢“制造工”，僅有少數(shù)幸運(yùn)者被允許破繭成蛾并產(chǎn)卵，大部分蠶繭都被收集起來并放入沸水中蒸煮，這個過程會殺死蠶，同時除去將蠶絲粘連在一起的膠狀物。之后，人們刮擦蠶繭，找到蠶絲的末端并纏繞在線軸上，然后開始抽絲。通常需要幾股蠶絲纏繞在一起才能紡出我們?nèi)粘Ｋ玫慕z線。

蠶絲纖維在被蠶吐出來前，并不是纏在線軸上的那個樣子，而是以蛋白質(zhì)（由各種氨基酸重復(fù)組成的長肽鏈）的形式，像果凍一樣存在于蠶的腺體中。蠶通過體內(nèi)的兩個腺體產(chǎn)生蠶絲，而這兩個腺體的重量占到了其體重的1/3。當(dāng)蠶要結(jié)繭時，這些蛋白質(zhì)“果凍”會進(jìn)入一條管道，在那里排列成纖維狀，并脫掉水分子，轉(zhuǎn)換成固態(tài)纖維。分別形成于兩個腺體中的固態(tài)纖維被蠶分泌的一種蛋白膠“綁”在一起，然后從蠶口中的一個特殊通道中吐出——這就是我們看見的蠶絲。

隨著對蠶絲的深入研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了蠶絲的一些非常優(yōu)秀的生物學(xué)特性，例如不會引起機(jī)體的免疫反應(yīng)、生物降解較慢，等等。于是，蠶絲的用途開始從服飾擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

研究發(fā)現(xiàn)，在蠶絲的周圍很容易培植干細(xì)胞。根據(jù)這一特性，蠶絲今后有可能被用作修補(bǔ)斷骨和撕裂的肌肉的理想支架材料，或用來培養(yǎng)人造骨骼。研究還發(fā)現(xiàn)，如果在絲質(zhì)物中嵌入酶和蛋白質(zhì)，它們就能在一定時間內(nèi)持續(xù)地發(fā)揮作用，短至數(shù)秒長至一年，完全取決于人為的調(diào)控。根據(jù)這一特性，可以用蠶絲為那些需要長期服藥的病人研制新型藥物。還有研究者利用蠶絲的柔軟性，正在研發(fā)一種可溶性電子元件薄膜，以取代傳統(tǒng)的硅晶片植入患者的大腦里。這一研究有望改進(jìn)大腦與計(jì)算機(jī)的連接方式。

一個有趣的發(fā)現(xiàn)是，只要在某種特殊的電場中，絲質(zhì)物就會改變其黏性——在黏性物和非黏性物之間轉(zhuǎn)換。根據(jù)這種可逆的黏性，可以將絲質(zhì)物制成黏膠，為正在送往醫(yī)院途中的出血病人止血，然后在進(jìn)入醫(yī)院后再改變其屬性，讓外科醫(yī)生可以迅速處理病人的傷口，而人們所要做的僅僅是按下電場轉(zhuǎn)換開關(guān)。

纖維“新寵”：蛛絲

如果說蠶絲是纖維的“皇后”，那么蛛絲則可謂纖維的“新寵”。

在蜘蛛的腹部末端有6～8個被稱為“絲疣”的突起物，蛛絲就是從這里“吐”出體外的。與蠶一樣，蜘蛛也有專門的分泌絲蛋白的腺體，所不同的是，蜘蛛有多種腺體，可以分泌不同的蛛絲蛋白。這些蛛絲蛋白在蜘蛛體內(nèi)為液態(tài)，經(jīng)由各自的通道到達(dá)絲疣口時，液態(tài)絲蛋白在體內(nèi)外壓力差作用下重新排列，最終形成固態(tài)的蛛絲。

蛛絲的組成成分與蠶絲相似，主要為各種氨基酸，但蛛絲擁有更甚于蠶絲的優(yōu)點(diǎn)。蜘蛛的牽引絲（即蜘蛛用于搭建蛛網(wǎng)的絲，在各種蛛絲中最為堅(jiān)固）的直徑是不變的，而蠶絲的直徑則在蠶搖頭晃腦畫“8”字的不同階段有變化。蛛絲的強(qiáng)度更強(qiáng)，通常是蠶絲的4～5倍。如果以可承受重量與自身重量的比值這個參數(shù)作為比較值，那么，一根典型的蛛絲的堅(jiān)韌度是鋼筋的20倍，是合成纖維凱夫拉（一種常用的防彈纖維，重量很輕但質(zhì)地牢固）的4倍。蛛絲還異常柔韌，可以在不斷裂的情況下再拉長50%之多。此外，蛛絲在高溫及酸性條件下具有極佳的穩(wěn)定性，在-50℃仍能保持良好的彈性。除上述物理特性外，蛛絲還具有與蠶絲一樣的生物特性（無免疫反應(yīng)，生物降解緩慢）。蛛絲因以上種種特性，被人們譽(yù)為“迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為優(yōu)良的天然纖維”。

因其優(yōu)良的強(qiáng)度和柔韌性，科學(xué)家對蛛絲投以特別的關(guān)注。蛛絲在軍事上的貢獻(xiàn)從“二戰(zhàn)”時期就開始了，那時英國軍隊(duì)的槍炮瞄準(zhǔn)線就是用蜘蛛絲制成的。蛛絲還是研發(fā)防彈衣的新型材料。蛛絲在人造皮膚、人工肌腱、人工韌帶及人工角膜等醫(yī)學(xué)用途上，也有比蠶絲更好的應(yīng)用前景。

和蠶絲纖維一樣，蛛絲纖維也具有良好的透水、透氣性，又不易被細(xì)菌穿透，與創(chuàng)面貼合良好。蛛絲本身的通透性和天然皮膚非常接近，且具有很好的伸展性，非常適用于人造皮膚的原材料。蛛絲以其高強(qiáng)度、高韌性，以及良好的柔軟性和可塑性，成為制造人工肌腱的理想材料。蛛絲還可用作韌帶的再生支架，在不久的將來用于治療世界上最常見的由關(guān)節(jié)前十字韌帶斷裂造成的膝蓋損傷疾病，這無疑給全世界患者帶來了希望。蛛絲還是人工角膜的首選材料。目前醫(yī)學(xué)上大多采用聚甲基丙烯酸甲酯制造人工角膜，這種材料雖然具有良好的透光性和可塑性，但硬度相對較高，而且具有免疫反應(yīng)等副作用。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了蛛絲在外科手術(shù)（包括神經(jīng)、眼睛等）縫合方面的用途?，F(xiàn)在常用的天然縫合材料中，腸線柔韌性欠佳，動物肌腱容易在體內(nèi)過早地被吸收。如果用蛛絲縫合傷口，不僅可以克服上述缺點(diǎn)，其良好的生物相容性還可以讓創(chuàng)口恢復(fù)更快，且不會留下疤痕。