科學(xué)家們已經(jīng)能夠創(chuàng)造出某些形式的合成蜘蛛絲，但是已經(jīng)無法設(shè)計(jì)出包括大部分天然絲特性的材料。

　　時(shí)至當(dāng)今，華盛頓大學(xué)-圣路易斯工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員設(shè)計(jì)了一種能產(chǎn)生生物合成蛛絲的細(xì)菌，合成的蛛絲在所有的重要測(cè)試中都能與天然的天然絲相媲美。并且他們發(fā)現(xiàn)了一些令人興奮的可能性存在。

　　這項(xiàng)發(fā)表在8月20日星期一的“Biomacromolecules”《生物大分子》雜志上的最新研究顯示，蜘蛛絲的拉伸強(qiáng)度和韌性與其分子量保持著正相關(guān)(分子質(zhì)量越大，絲拉伸強(qiáng)度越強(qiáng))，即使是人造絲，質(zhì)量也是之前記錄保持的兩倍。

　　工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的副教授Fuzhong Zhang說：“人們已知只有小尺寸的蛋白質(zhì)，才會(huì)有這種相關(guān)性，但我們發(fā)現(xiàn)，即使在大的尺寸下，拉伸強(qiáng)度和韌性與其分子量仍然具有很好的相關(guān)性。”

　　制造生物合成蜘蛛絲最大的歷史挑戰(zhàn)之一是制造出足夠大的蛋白質(zhì)。挑戰(zhàn)是如此的巨大，事實(shí)上，它需要一種全新的方法。

　　“我們從其他人的做法開始，制作一個(gè)重復(fù)的基因序列，”張的實(shí)驗(yàn)室博士生Christopher Bowen說。DNA序列是根據(jù)生產(chǎn)絲蛋白蜘蛛的DNA序列建模的。理論上，序列重復(fù)的越多，得到的蛋白質(zhì)就越大。

　　然而，當(dāng)DNA序列達(dá)到一定大小后，“細(xì)菌無法處理它，他們把序列切成更小的片段”，Bowen說。這是一個(gè)在以前的工作中已經(jīng)遇到過的問題。為了繞過這個(gè)長(zhǎng)期存在的障礙，Bowen和他的合作者向絲DNA中添加了一個(gè)短的基因序列，該基因序列促進(jìn)產(chǎn)生蛋白質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，將它們?nèi)诤显谝黄?，形成一個(gè)甚至更大的蛋白質(zhì)，比之前生產(chǎn)和純化過的任何時(shí)候的蛋白質(zhì)都要大。

　　Bowen說：“我們制造的蛋白質(zhì)基本上是以前其他人所能夠制造的兩倍?！彼鼈兊慕z蛋白鏈為556 kDa，以前，生物合成蜘蛛絲蛋白最大的是285 kDa。即使是天然的牽引絲蛋白也大約只有370 kDa，盡管含有一些大的離群點(diǎn)。

　　Bowen及其合作者隨后將其特大的生物合成絲蛋白紡成直徑約為人類頭發(fā)十分之一的纖維，并測(cè)試其機(jī)械性能。這種生物合成絲在拉伸強(qiáng)度(斷裂纖維所需的最大應(yīng)力)、韌性(斷裂前纖維吸收的總能量)以及其他機(jī)械參數(shù)(如彈性模量和伸長(zhǎng)率)方面首次可重復(fù)天然蜘蛛絲的性能。

　　展望未來，Zhang先生的實(shí)驗(yàn)室正定位致力于生產(chǎn)生物合成絲纖維，以取代工業(yè)上大量使用的石油基合成纖維。

　　Zhang說：“我們將繼續(xù)努力，使該工藝更易于操作、減少所需的化學(xué)藥品數(shù)量、提高穩(wěn)定性和效率，使該工藝更具有可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性?！?/P>

　　Zhang團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃進(jìn)一步研究其新方法的局限性。除了生產(chǎn)第一種完全復(fù)制天然蜘蛛絲性能的生物合成絲纖維以外，他們的工作顯著表明，如果能夠生產(chǎn)出更大的蛋白質(zhì)，這些纖維的強(qiáng)度和韌性將繼續(xù)增加。