蜘蛛丝的应用及合成
蜘蛛丝的研究进展及应用
收稿日期:20041209作者简介:袁小红(1981),女,陕西省人。
西安工程科技学院纺织与材料学院03级研究生,专攻纺织材料与纺织品设计专业。
产品开发蜘蛛丝的研究进展及应用袁小红(西安工程科技学院,西安 710048)摘 要:介绍了蜘蛛丝的概况及研究历史,概述了蜘蛛丝的物理、化学及机械方面的性能,综述了国内外利用生物技术人工生产蜘蛛丝研究的状况及进展,同时也分析了蜘蛛丝在纺织制衣、军事、医疗、高强度材料等方面的应用。
关键词:蜘蛛丝;性能;人工生产;应用中图分类号:TS1021512 文献标识码:B 文章编号:10023348(2005)05003003 随着科学技术的发展,人们对于高强度、高韧性纤维的研究也越来越深入,无论从科学角度还是从使用角度来看,探索高强度、高韧性纤维材料的极限,检测影响材料兼具强度和韧性的因素都是很有意义的。
蜘蛛丝是一种特殊的蛋白纤维,是天然的高分子纤维和生物材料。
它具有特殊的机械(力学)性能(如很高的强度、弹性、柔韧性、伸长度和抗断裂性能等等),以及比重小、较耐紫外线、生物可降解等优点,其优异的综合性能是包括蚕丝在内的天然纤维和合成纤维所无法比拟的。
蜘蛛丝以其优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注。
近年来美国、加拿大以及欧洲一些大学和实验室运用生物学、遗传学、高分子技术等知识对蜘蛛丝进行了全面研究,利用基因和蛋白质测定技术揭开了蜘蛛丝的奥秘,在蜘蛛丝人工生产方面也取得了突破性进展。
1 蜘蛛丝的概况及研究历史蜘蛛和蚕一样,都属于节肢动物,但蚕是六条腿的昆虫幼体,而蜘蛛是八条腿的蛛形纲成虫。
蚕丝的功能是形成保护性的蚕茧来包裹着幼虫以利于它继续成长,而蜘蛛丝的功能是提供支撑作用。
因此,它比蚕丝更结实,并且可长达一英里。
蜘蛛的种类多得惊人,可能有7万多种。
对于蜘蛛的研究,报道最多的是对金黄色圆网蜘蛛、十字圆蛛和大腹圆蛛丝的研究。
人们所见的蜘蛛并非由一种蜘蛛丝组成,而是由几种分别来自体内7个不同腺体的丝组成,其氨基酸组成不同,性能不同,用途也不同。
1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝.
模天——蜘蛛丝凌正作者：摘要：蜘蛛丝是一种天然动物蛋白纤维,含有(GPGXX)n/(GPGQQ)nAn/(GA)n、(GGX)n等多种重复多肽序列，具有多样的分子结构、机械性能与生物生态学功能同时还具有强度高、弹性好、初始模量大、断裂能大、可生物降解、生物相容性好、保湿性好、轻盈等其它合成高性能纤维所无法比拟的优良机械性能及特性。
为此，本研究对蜘蛛丝的组成、结构、机械性能、纺丝机理、应用前景进行了概述，并且通过对蜘蛛丝的氨基酸组成及其丝纤维的表面形态结构和蜘蛛丝的分子构象与聚集态结构的分析研究，探索蜘蛛丝的组成与结构对其性能的影响，对于开发新型纤维材料具有重要启迪意义。
关键词：高强、高模、天然纤维、蜘蛛丝、结构、机械性能、应用前景正文：.、八、一前言蜘蛛因具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能，而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点，近年来，国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时，借助于日益发展的生物技术，采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白，并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝，但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等因素，仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。
从材料科学的角度来看，纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构，探明纤维性能形成机理的根本在于：掌握其结构和性能间的本构关系。
因此，要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达，研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。
本文以广泛分布于我国各地的大腹圆蛛为研究对象，在研究分析其三种主要的丝纤维——牵引丝、蛛网框丝、包卵丝的力学性能、色泽、密度与吸湿性以及热学性能的基础上，从以下几方面探索了蜘蛛丝优异力学性能的形成机理。
研究了蜘蛛丝力学性能的分子基础分析大腹圆蛛丝纤维的氨基酸组成特征，并通过与其他种类蜘蛛丝及蚕丝丝素纤维的比较，研究蜘蛛丝的氨基酸组成对其分子结构和分子排列的影响。
采用激光拉曼光谱和红外光谱技术，分析了不同功能蜘蛛丝的分子构象，探索了蜘蛛丝的氨基酸组成及分子结构和其力学性能间的关系。
蜘蛛丝
蜘蛛丝的人工生产3.1 蚕吐蜘蛛丝此法利用转基因技术中“电穿孔”的方法，将蜘蛛“牵引丝”部分的基因注入只有半粒芝麻大的蚕卵中，使培育出来的家蚕分泌出含有“牵引丝”蛋白的蜘蛛丝。
上海生化研究所的科技人员用此法历经数年攻关解决了转基因蚕基因导入、活性基因鉴定及传代育种等一系列技术难题[3]，此研究被列为国家“863”计划重点项目，目前正在进行当中。
3.2 牛羊乳蜘蛛丝将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因移植给某些哺乳动物如山羊、奶牛等，从其所产的乳液中提取一种特殊的蛋白质，这种含蜘蛛基因的蛋白质可用来生产有“生物钢”（BioSteel）之称的光纤，其性能类似于蜘蛛丝[5]。
美国科学家利用转基因法，将黑寡妇蜘蛛丝蛋白基因放入奶牛的胎盘内进行特殊培育，等到奶牛长大后，所产奶含有黑寡妇蜘蛛丝蛋白，再用乳品加工设备将蜘蛛丝蛋白从牛奶中提取出来，然后纺丝成纤维，其强度比钢大10倍，因此被称为“牛奶钢”，又称“生物蛋白钢”。
加拿大Nexia生物技术公司（NXB）科学家研究初期所用的哺乳动物细胞也是取自乳牛，但是现在他们发现，采用山羊进行转基因处理更为有利。
他们将蜘蛛丝基因注入山羊卵细胞中，制备了重组的蜘蛛丝蛋白质，并用这种蛋白质与水体系完成了环境友好纺丝过程，本质上更接近于天然蜘蛛丝蛋白质的组成和纺丝过程，从而成功地模仿了蜘蛛，于2002年1月生产出世界上首例“人工蜘蛛丝”[2]。
3.3 微生物吐丝此法是将蜘蛛丝基因转移到能在大培养容器里生长的细菌上，通过细菌发酵的方法来获得蜘蛛丝蛋白质，再把这种蛋白质从微孔中挤出，就可得到极细的丝线。
一旦成功建立这种细菌的繁殖工厂，将对纺织服装业产生革命性变革[3]。
3.4 其它方法一些国家和地区的研究者将能产生蜘蛛丝蛋白的合成基因转移给植物，如花生、烟草和谷物等[6]，使这种植物能大量生产类似于蜘蛛蛋白的蛋白质，提取后作为生产蜘蛛丝的原料，然后进行纺丝。
我国也于两年前开始了“生物钢”的研究，科学家成功地将“生物钢”蛋白基因转移到老鼠身上，并成功地从第一代小白鼠的乳汁中获得“生物钢”蛋白[4]。
天然蜘蛛丝仿生材料课件ppt
蛋白基因仿生生物表达法
蜘
蛛
链段及二次结构仿生化学合成
丝
仿
微观结构仿生物理复合法
生
思
金属元素仿生渗透注入法蜘蛛丝改性
路
……………………
Heim2M0.2, K1/e3e/r1l D0. Scheibel T., Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48(20), 3584-3596
蜘蛛属肉食性动物，不喜群居；再将一定数量的蜘蛛饲养在一起时，蜘蛛之 间会相互撕咬，则无法像养家蚕一样饲养蜘蛛获得大量的蜘蛛丝；并且由于蜘蛛 本身腺体较多，不同腺体产生的丝性能不同，无法得到单一性质的蜘蛛丝。
另外，由于天然蜘蛛丝难以加工成为其他的特定形状以供不同用途所需，则 应用范围收到极大限制，因此需要寻求新的方法和途径来获得具有天然蜘蛛丝相 似结构和功能的新材料。其中，利用仿生学原理，通过研究蜘蛛丝的结构和功能， 来人工合成蜘蛛丝仿生材料是其中很重要的途径。
2021/3/10
8
Lewis R. V. et al.,Protein Exp Purif,1996(7):400-406.
微生物作为载体进行基因表达
收集菌体通过超声波破碎法裂解，清 洗后经行电泳实验测定蛋白。
植物作为载体进行基因表达
Potato Grater
Fractioning in wet-process
11
Lazaris A, et al. Science, 95(2002), pp. 472-476
2.2 链段及二次结构仿生化学合成法
天然蜘蛛丝蛋白实际上是一种由不同氨基酸单元（主要为丙氨酸和甘氨酸 单元）组成的链段共聚物，其二次结构主要包括β-折叠构象和螺旋构象，通过 链段及二次结构仿生化学合成法，从分子结构出发，可以设计具有天然蜘蛛丝 蛋白链段结构和二次结构类似的各种聚合物，这为天然蜘蛛丝仿生材料的发展 开拓了一个崭新方向。
蜘蛛丝有哪些作用
蜘蛛丝有哪些作用
可用于制造防弹背心或人造肌腱等物品。
一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的不锈钢钢筋还要坚强有力。
它能够承受比钢筋还多5倍的重量而不会被折断。
而且蜘蛛丝非常富有弹性，一条直径只有万分之一毫米的蜘蛛丝，可以伸长两倍以上才会拉断。
构成成分
蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸、丙氨酸及小部分的丝氨酸），加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。
外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和强度，其原因在于：一方面，蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链，这使蜘蛛丝具有弹性；另一方面，蜘蛛丝中还具有规则的蛋白质分子链，这又使蜘蛛丝具有强度。
知识延展
蜘蛛丝以其强韧的物理性质闻名。
蜘蛛丝的强度（单位截面积下的张力）比高品质的钢还大，且和许多人造之芳香族聚酰胺纤维之强度不相上下，如特威隆纤维或克维拉纤维等。
更重要的是，蜘蛛丝的质量极小：能环绕地球一圈长度的蜘蛛丝之质量仍不达500公克。
蜘蛛丝亦具有极佳的延展性，可以延伸其长度至原长度的140%仍不断裂。
蜘蛛丝可以在摄氏零下40度的温度仍维持高强度。
纺织新材料蜘蛛丝
摘要： 经过多年努力， 蜘蛛丝的开发应用及人工生产已经取得了突 破性 进展。 文章分析 了天然蜘蛛丝的结构与物理、 化学性能 介绍了 利用转 基因 技术生产人造蜘蛛丝的方法及其现状， 并对蜘蛛丝的应用领域及前
景作了 展望。
纤维性能；转基因技术 关键词：蜘蛛丝；纤维结构
获 得“ 生 物 钢 ” 蛋 白 ０ ］ ＃ １
３ ． ５ 目 前人造蜘蛛丝存在的问题 第一代的Ｂ ｉ ｏ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ 直径比天然蜘蛛丝大 １一２ 个数 量级，另一方面，天然蜘蛛丝具有皮芯层结构，目前看 来很难模仿。 Ｂ ｉ ｏ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ 生产与蜘蛛纺丝过程最大的差别还
在干后者是液晶纺丝，在蜘蛛的丝腺中，可区分出长度
随拉伸形变无法实现的特性。蜘蛛丝结构模型可以这样 描述 ：由柔韧的蛋白质分 子 链组成的非晶区，通过一定
术难题［ ３ ， ，此研究被列为国家 “ ８ ６ ３ ”计划重点项目，目
前正在进行当中。
硬度的棒状微粒晶体所增强，这些晶体由具疏水性的聚 丙氨酸排列成氢键连接的Ｒ 一 折叠片层， 折叠片层中分子 相互平行排列。另一方面，甘氨酸富集的聚肤链组成了 蜘蛛丝蛋白无定形区，无定形区内的聚肤链间通过氢键 交联，组成了似橡胶分子的网状结构１ ３ １
因放入奶牛的胎盘内进行特殊培育 ， 等到奶牛长大后， 所
２ 蜘蛛丝的性能
２ ． １ 物理性能 蜘蛛丝是目前世界上最为坚韧且具有弹性的纤维之 一， 尤其是它的牵引丝在力学性能上具有蚕丝和一般的 合成纤维所无法比拟的突出优势。蜘蛛丝物理密度为 １ ． ３ ４ ｇ ／ ｃ ｍ ＇ ，与蚕丝和羊毛相近。蜘蛛丝光滑闪亮、耐 紫外线性能强，而且较耐高温和低温。热分析表明，蜘 蛛丝在 ２ ０ ０℃以下表现热稳定性良好，３ ０ ０℃以上才黄 变， 零下４ ０℃时仍有弹性 ， 只有在更低的温度下才变硬。 在强度方面， 它与Ｋ ｅ ｖ ｌ ａ ｒ 纤维相似， 但是其断裂功却是 Ｋ ｅ ｖ ｌ ａ ｒ 的１ ． ５ 倍，初始模量比尼龙大得多，达到Ｋ ｅ ｖ ｌ ａ ｒ 纤维的高强高模水平。蜘蛛丝的断裂伸长率达 ３ ６％ 一
蜘蛛丝在工业制造中的应用技术
蜘蛛丝在工业制造中的应用技术蜘蛛丝是一种天然材料，具有出色的强度和韧性，被广泛应用于工业制造领域。
本文将介绍蜘蛛丝在纺织、医疗、航空航天和材料科学领域的应用技术。
一、蜘蛛丝在纺织领域的应用技术1. 高强度纤维制造：蜘蛛丝是一种具有超强强度的纤维材料，可以替代传统的合成纤维。
目前，科学家已成功把蜘蛛丝基因导入绵蚕或大肠杆菌等生物体内，利用生物技术制造出大量蜘蛛丝纤维。
2. 织物增强：将蜘蛛丝添加到纺织品中，可以显著提高纺织品的强度和耐磨性。
蜘蛛丝纤维可以与丝绸、棉织品等其他材料结合，增强织物的性能。
3. 纺线技术改进：蜘蛛丝是一种非常细且柔软的材料，传统的纺织技术无法直接纺制。
研究人员通过改进纺线技术，成功地将蜘蛛丝纤维转变为可用于纺织的线材。
二、蜘蛛丝在医疗领域的应用技术1. 生物材料：蜘蛛丝具有良好的生物相容性和生物降解性，可以被用作医疗器械和植入材料。
蜘蛛丝纤维可以制成缝合线、人工皮肤等医疗器械，用于外科手术和伤口愈合。
2. 药物传递系统：科学家利用蜘蛛丝的结构特性，开发出一种新型的药物传递系统。
药物可以被包裹在蜘蛛丝纤维内，通过控制纤维的解析速度，实现持续释放药物的效果。
三、蜘蛛丝在航空航天领域的应用技术1. 轻质高强材料：蜘蛛丝的强度与重量比是许多工程材料难以比拟的。
在航空航天领域，利用蜘蛛丝可以制造出轻质高强的材料，用于制作飞行器的结构件和支撑结构。
2. 防护装备：蜘蛛丝的高强度和高韧性使其成为一种优秀的防护材料。
蜘蛛丝纤维可以用于制作防弹衣、防护面具等装备，为航空航天人员提供更好的安全保护。
四、蜘蛛丝在材料科学领域的应用技术1. 生物仿生材料：蜘蛛丝具有独特的力学性能和结构特征，可以作为生物仿生材料的研究对象。
通过研究蜘蛛丝的结构和制造工艺，可以为人造纤维、高性能复合材料等领域提供新的启示。
2. 纳米技术应用：蜘蛛丝具有纳米级的细小结构，其纤维直径约为几十到几百纳米。
借助纳米技术，研究人员可以改变蜘蛛丝的性质和形态，进一步扩展其在材料科学领域的应用。
生物质高强纤维-蜘蛛丝
生物质高强纤维——————蜘蛛丝生物质纤维是指利用生物体或生物提取物制成的纤维，按来源可分为动物源纤维、植物源纤维和微生物质纤维三大类。
按加工方法可分为生物质天然纤维和生物质化学纤维。
其中，生物质天然纤维分为植物源纤维（如：棉、麻）、动物源纤维（如：毛、蚕丝、蜘蛛丝）；生物质化学纤维分为植物源纤维（再生植物纤维素纤维、纤维素酯纤维、再生植物蛋白质纤维、海藻纤维）；动物源纤维（再生动物蛋白质纤维、甲壳素纤维、壳聚糖纤维）；微生物质纤维素纤维（细菌纤维素纤维、细菌甲壳素纤维、聚羟基脂肪酸酯纤维）等。
蜘蛛丝作为生物质纤维中的一种，具有超强的韧性与抗断裂机能，又同时具有质轻、抗UV与生物可分解等特点，制成纤维后可应用在科技、国防、医疗等领域。
其优异的物理性质是一般纤维、天然纤维甚至是合成纤维所无法比拟的，是一种优异的生物质高强纤维，因而引起了世界各国科学家的兴趣与关注。
1、需求分析由于蜘蛛丝本身的特性，决定了在纺织、医疗、军事等领域有着广泛的应用需求。
医疗卫生方面蜘蛛丝主要成分是蛋白质，人们目前尚未发现人体对蜘蛛丝所含的蛋白质有任何排异反应,这正是蜘蛛丝应用在医学上最大的优点。
又鉴于蜘蛛丝极轻、韧性好、强度大等现有材料不可比拟的优点,科学家认为用它可以生产人工关节韧带、人工肌腱、人造血管等组织,同时还可以做组织修复、用于眼外科和神经外科手术等特细和超特细生物可降解的外科手术缝合线及生物大分子的固定材料。
蜘蛛丝膜具有很好的透明性、生物可降解性和水－空气界面的通透性。
与胶原蛋白和弹性蛋白相似，丝蛋白具有自装配性质，通过二级结构调节以提供机械支撑；与聚酯比较，丝的柔韧性和弹性使其经的起重压和疲劳。
丝蛋白生物相容性好，与胶原起同样的细胞黏附、扩展、分化和生长作用。
丝基质还有机械诱导作用，通过调整丝基质的硬度，提供控制基质的最终机械特性来模仿天然机体组织的机械特性和支持宿主组织内生长，蛛丝蛋白是组织工程支架材料的有力竞争者。
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14.时刻监视建筑内外，保障社区安全。
15.在航天方面，闹高温，耐极寒。
16.航天服轻便舒适。 17.航天材料强度高，质量轻。 18.航天材料同样应具有红外探测及卫星遥感 技术。
方案分类
A. B. C. D. E. F. G.
轻便舒适。（16.17） 具有具有调节温度的作用，即冬暖夏凉。（4，5，6， 12） 红外探测功能。（8，9，14） 在极端条件下不影响性能。（7，15） 提供氧气。（7，12） 具有疏水抗压性能。（3，4） 特定条件下才能降解。（2）
8.蛛丝作战服具有红外探测、生化传感器、日夜视频相机等功能。 9.蛛丝作战服具有生物传感器的作用，可以探测士兵的心跳、血压等，相 当于一个时时刻刻在身边的私人医生。 10.在电子领域，仿蛛丝作为良好的生物半导体，用于计算机材料，更加轻 便。 11.在医疗方面，与人体有很好的兼容性，可作为很好的生物的材料。 12作为建筑材料，可以调节居室的温度、湿度、以及空气清新度。 13作为建筑材料，具有优良的抗震性能。
市场需求
医用纤维生产商Acordis特种纤维公司与Nexia生物技术公 司扩大了合作协议,以开发用于Nexia的蜘蛛丝生产BioSteel 纤维纺丝工艺。 由于其高性能(韧性、强度、轻)与生物降 解性的独特结合,蜘蛛丝一直受到科学家的推崇。Nexia一 直将BioSteel-M的开发重点放在医疗装置上,因其代表高价 值及广大的市场。 目前，据说生产这种仿蜘蛛丝的费用可降低到每公斤50 美元以下，而蚕丝的平均生产费用也要每公斤26-33美元。
微生物途径
将蜘蛛基因转入微生物中，通过微生物的分 裂繁殖来达到生产具有蜘蛛丝特性的纤维，该方法 成本低，生产效率高。如将产丝的蜘蛛基因植入细 菌中，产丝基因演变成独立的细菌不但降低了产丝 的成本，而且还会提高丝的质量。
动物途径
在某些哺乳动物如山羊、奶牛等动物体内注入 蜘蛛基因之后，从所产的乳液中可提取一种特殊的 蛋白质，这种含有蜘蛛丝基因的蛋白质可用来生产 蜘蛛丝纤维。 加拿大研究人员发现山羊乳液中所含的奶蛋白 同蜘蛛的丝蛋白生成模式是一样的，利用转基因技 术，把蜘蛛丝牵引丝基因转移到山羊乳腺细胞中， 从山羊的乳液提取出类似蜘蛛丝的可溶性蛋白，生 产高性能蛋白纤维，开发出新一代动物纤维材料， 实验证明这种新的轻型纤维材料强度比钢材更高， 而弹性十分好。
人造基因蜘蛛丝，也称生物钢，它比普通钢强 4至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软和光泽，可用于 制造高级防弹衣，让我们对比一下，军队目前的防 弹衣是用13层Kevlar Ⅱ制成的，令人吃惊的是，蛛 丝的坚韧性是Kevlar Ⅱ织品的3倍!其超级伸长能力 使它断裂时需要吸收更多的能量，理论上可以使射 弹更有效地减速。把它用于防弹衣，会起到极好的 消力作用，对破碎作用是一种很大的障碍。 生物钢 的用途广泛，还能制造战斗飞行器、坦克、雷达、 卫星等装备的防护罩等。
蜘蛛丝的应用及合成
蜘蛛丝结构特性
蜘蛛丝主要由甘氨酸，丙氨酸及小部分的丝氨 酸加上其它氨基酸单体分子聚合而成。其分子链中有 晶区和无定形区。晶区分子高度取向，结晶区被无 定形区分开并占一定体积 ，是其具有高强度 、高 韧 度 、高 粘 弹 性 的 基 础 ；无定形区结构分子链能形 成伸展的聚合玻 璃 态 ，这是蛛丝具有高弹性 、高平 衡 阻滞能力的原 因 。
其半晶体结构可以发展生物半导体技术，其稳定的 室间构象和在一定条件下可逆的自装配行为可作为生物 计算机的优良材料。
蜘蛛丝的合成技术
随着科学技术的发展，开发生产蜘蛛丝已成为可能。 人们在获取蜘蛛丝蛋白基因后，利用已清楚的氨基酸重复 序列信息，人工合成其类似基因 片段， 通过微生物、动 物、植物等途径表达蜘蛛丝蛋白后进行溶液纺丝，以获取 蜘蛛丝纤维。
在医学医疗方面
蜘蛛丝的优越性还在于它是蛋白质纤维，与人体具 有“兼容性”。通过转基因技术得到具有蜘蛛丝特点的“生 物钢”制成人工关节、韧带、人类使用的假肢、人造肌腱 等产品，具有韧性好、可降解等特性。蜘蛛丝在医学和医 疗方面有广泛用途。
在建筑方面
蜘蛛丝的强度高，韧性大和一定的热稳定性， 在极高温度下才会分解，因此蜘蛛丝可用于结构材 料、复合材料等高强度材料。在建筑方面，蜘蛛丝 可用做结构材料和复合材料，代替混凝土中的钢筋， 应用于桥梁、高层建筑和民用建筑等，可大大减轻 建筑物自身的重量，还可以抗震。
用于航天材料
• • •
目前，科学家表示，蜘蛛丝喷涂石墨烯和碳纳米管微粒将具有超 强韧性，甚至未来这种材料可用于捕获空中坠落飞机。 制造轻便的航天服 开发轻便耐极端条件的航天材料
在纺织方面
英国艺术家Simon Peers 花了5年时间使用蜘蛛丝纺成的一块布。目前 这玩意正在纽约美国自然历史博物馆上展出。它长3.35米，一共花费 30w英镑。据说所有的丝提取自100多万只马达加斯加岛golden orb 雌 性蜘蛛。
在大片《蜘蛛侠》中，主人公彼得· 帕克被 一只经过基因实验改造的蜘蛛咬 伤后，具有了 不可思议的超人力量。身穿蜘蛛服的彼得，靠 一根蛛丝，在摩天大 楼的墙壁上疾速飞驰，为 了保护城市的安全与“绿恶魔”殊死搏斗，最终 成为救 人于危难的超级英雄。 然而，这种电脑创造的科幻技术目前正在 被美军一步步变成现实。据悉，美 军目前正在 用新技术打造像“蜘蛛侠”一样的“战争超人”。美 军宣称，不久的 将来，美军的士兵们将会穿着 蜘蛛丝制成的战斗服参加战斗，这种战斗服既 轻便 又灵活，同时还可以防弹。
用户需求
1.防蜘蛛丝纤维仍具有可降解能力，不会对环境造成污染。 2.用于军事、航天、医疗、建筑等方面的放蛛丝材料的降解条件应较苛 刻，不能产生安全隐患。 3.仿蛛丝纤维制成的服装应耐脏。 4.放蛛丝衣服应耐洗涤，不变形。 5.仿蛛丝衣服除了具有一般蚕丝衣服的特性外，还能根据环境温度自行 调节，起到冬暖夏凉的效果。 6.在军事方面，仿蛛丝纤维防弹衣也能起到调节冬暖夏凉的效果。 7.蛛丝制成的战甲可以抵抗艰苦的环境，比如可以在水底呼吸，在高海 拔地带提供氧气等。
方案筛选
选择 依据 市场 需求 性 科学 成熟 性 工程 安全 性 总分 权重 A B C D E F G
0.4
6
9
9
6
9
4
7
0.4
5
9
5
5
5
5
7
0.2
5
9
5
5
5
5
7
1
5.4
9
6.6
5.4
6.6
4.6
7
最终确定高于5分的方案。即ABCDEG A. 轻便舒适。（16.17） B. 具有具有调节温度的作用，即冬暖夏凉。（4，5，6， 12） C. 红外探测功能。（8，9，14） D. 在极端条件下不影响性能。（7，15） E. 提供氧气。（7，12） F. (G)特定条件下才能降解。（2）
植物途径
将蜘蛛丝基因移植入植物，培育出能够产生 丝蛋白的转基因植物。该方法是将蜘蛛体内丝蛋白 基因注入土豆和烟草等植物中，以使这些植物在它 们的组织中制造大量的丝蛋白，通过植物大面积的 种植，获取丝蛋白。提取这类植物中的类似于蜘蛛 丝蛋白的蛋白质，用作纺纱的原料。用所得到的植 物蛋白质进行纺丝，这种丝可制织具有超强韧性的 工程材料及能自行分解的化学织物，减少了对环境 的污染，成本可能还要低廉。因此成功地培育出能 够生产丝蛋白的转基因植物，将大量制取丝蛋白开 辟新途径。
“蚕吐丝”途径
利用转基因技术，将蜘蛛“牵引丝”部分的基因 通过“电穿孔”的方法注入蚕卵中，在家蚕的基因重 链中就产生部分蜘蛛牵引丝的基因。从而使蚕丝的 易折皱变形、弹性小等性能得到改进。中科院上海 生命科学研究院［6］用转基因方法，在国际上首 次实现了绿色荧光蛋白与蜘蛛丝融合基因在家蚕丝 基因中的插入，并获得了荧光茧———一种高级的 绿色环保材料。
蜘蛛丝的应用
蜘蛛丝的结构特点决定了其理化性质与蚕丝相 比，具有非常明显的优势，在力学强度方面，蜘蛛丝 纤维与强度最高的碳纤维及高强合纤Aramid、Kelve， 等强度相接近，但它的韧性明显优于上述几种纤维。 因此，蜘蛛丝纤维在国防、军事（防弹衣）、医疗、 建筑、纺织等领域具有广阔应用前景[3]
在军事方面