蜘蛛絲啟發新材料與製程工藝，時尚、美容、軍防、醫療應用更永續!

需要蠶絲可以養蠶、收集蜘蛛絲可沒那麼容易！20年前(2004年)，來自英國的紡織家Simon Peers 與團隊，雇用80名工人花了四年時間從馬達加斯加的電線杆上收集了大約120萬隻金絲蜘蛛來提取蛛絲、花費八年時間才製作出一塊「黃金蜘蛛絲披肩」，堪稱最昂貴奢侈的紡織藝術品！現在，運用仿生科技，便能在不傷害蜘蛛的前提下，獲得蜘蛛絲纖維。

蜘蛛絲是自然界最卓越的材料之一，集高抗拉強度、彈性、柔軟性、輕盈性、耐用性和生物降解性於一身，是許多材料科學家心中的夢幻材料，藉由不斷研發，透過基因工程、化學合成或仿生紡紗希望能複製蜘蛛絲。國際間如日本Spiber公司、美國Bolt Threads公司研究蜘蛛的絲蛋白，以植物成分發酵（釀造）製造纖維與薄膜產品，已成功商化。近期，日本理化學研究所永續資源科學中心/先驅研究小組則在人造蜘蛛絲的生產方式有了新的突破，更加貼近自然製造工藝！他們開發了一種人造絲腺，可以使用複製蜘蛛絲腺物理和化學條件的微流體裝置，從蛋白質溶液中紡出連續的絲纖維。

蜘蛛蛋白是一種大型重複蛋白，由兩個末端結構域和一個中央核心結構域組成。末端域負責啟動和終止纖維形成，而核心域提供纖維的機械性能。在自然界中，蜘蛛蛋白以液態儲存在蜘蛛的絲腺中，經歷一系列物理和化學變化，觸發它們自組裝形成固體的絲纖維。這些變化包括 pH 值降低、離子強度增加以及蜘蛛噴絲頭施加的剪應力(shear stress)。

為了模仿這個自然過程，RIKEN 的研究人員設計了一種微流體裝置，該裝置由具有 pH 梯度的狹窄通道和錐形出口組成。他們使用了先前在細菌中改造的重組蛛絲蛋白，並將其溶解在高 pH 值的水溶液中，然後將溶液注入微流體裝置中，溶液流經通道並遇到較低的 pH 環境，導致蜘蛛絲改變其構象並相互作用，形成沿著流動方向排列的奈米原纖維。當溶液抵達出口時，經歷負壓和剪應力，進一步誘導纖維的形成和排列。所得纖維由旋轉滾筒收集，並可連續紡絲數公里！

研究人員分析該人造絲纖維的結構和性能，發現具有與天然蜘蛛絲相似的層次組織和分子取向。而測量該纖維的抗拉強度、韌性和彈性，發現與天然蜘蛛絲以及其他合成和天然纖維相當或優於這些纖維！在醫學、生物技術、航空航太、國防和紡織等不同領域和產業中具有許多潛在應用。

資料來源:

1. Nature Communications
2. Nature World News
3. Spiber公司
4. Bolt Threads公司
5. 大紀元