奇“絲”妙想

崔媛媛

蠶和蜘蛛都是動物界非常優秀的“紡織能手”，它們吐的絲的優良性能令我們人類稱奇。科學家致力于研發“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，或為自己搭建房屋，或布下羅網捕獲獵物。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，人類更是創造性地將蠶絲、蜘蛛絲等運用到軍事、醫學等各個領域。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膩光滑的手感而成為人類的優質服飾原料。中國是世界上最先養蠶繅絲的國家，并且壟斷絲綢業達3000年之久，歷史上為打通亞洲和歐洲的絲綢貿易路線而建立的“絲綢之路”更是聞名遐邇。中國古人早已懂得選擇性地飼養家蠶，因為家蠶所產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，然后將頭向后仰，從口中吐出細長的絲線，并像寫阿拉伯數字“8”那樣不斷地搖晃頭部，從外到內地吐絲作繭，直至將自己關在繭——由蠶自己建造的“保護倉”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菌、鳥類等對蠶的傷害。

蠶作為人類的絲綢“制造工”，僅有少數幸運者被允許破繭成蛾并產卵，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日常所用的絲線。

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（由各種氨基酸重復組成的長肽鏈）的形式，像果凍一樣存在于蠶的腺體中。蠶通過體內的兩個腺體產生蠶絲，而這兩個腺體的重量占到了其體重的1/3。當蠶要結繭時，這些蛋白質“果凍”會進入一條管道，在那里排列成纖維狀，并脫掉水分子，轉換成固態纖維。分別形成于兩個腺體中的固態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，科學家發現了蠶絲的一些非常優秀的生物學特性，例如不會引起機體的免疫反應、生物降解較慢，等等。于是，蠶絲的用途開始從服飾擴展到醫學領域。

研究發現，在蠶絲的周圍很容易培植干細胞。根據這一特性，蠶絲今后有可能被用作修補斷骨和撕裂的肌肉的理想支架材料，或用來培養人造骨骼。研究還發現，如果在絲質物中嵌入酶和蛋白質，它們就能在一定時間內持續地發揮作用，短至數秒長至一年，完全取決于人為的調控。根據這一特性，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，正在研發一種可溶性電子元件薄膜，以取代傳統的硅晶片植入患者的大腦里。這一研究有望改進大腦與計算機的連接方式。

一個有趣的發現是，只要在某種特殊的電場中，絲質物就會改變其黏性——在黏性物和非黏性物之間轉換。根據這種可逆的黏性，可以將絲質物制成黏膠，為正在送往醫院途中的出血病人止血，然后在進入醫院后再改變其屬性，讓外科醫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換開關。

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為液態，經由各自的通道到達絲疣口時，液態絲蛋白在體內外壓力差作用下重新排列，最終形成固態的蛛絲。

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點。蜘蛛的牽引絲（即蜘蛛用于搭建蛛網的絲，在各種蛛絲中最為堅固）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。蛛絲的強度更強，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作為比較值，那么，一根典型的蛛絲的堅韌度是鋼筋的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，生物降解緩慢）。蛛絲因以上種種特性，被人們譽為“迄今為止發現的最為優良的天然纖維”。

因其優良的強度和柔韌性，科學家對蛛絲投以特別的關注。蛛絲在軍事上的貢獻從“二戰”時期就開始了，那時英國軍隊的槍炮瞄準線就是用蜘蛛絲制成的。蛛絲還是研發防彈衣的新型材料。蛛絲在人造皮膚、人工肌腱、人工韌帶及人工角膜等醫學用途上，也有比蠶絲更好的應用前景。

和蠶絲纖維一樣，蛛絲纖維也具有良好的透水、透氣性，又不易被細菌穿透，與創面貼合良好。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節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。目前醫學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，而且具有免疫反應等副作用。

科學家還發現了蛛絲在外科手術（包括神經、眼睛等）縫合方面的用途。現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，其良好的生物相容性還可以讓創口恢復更快，且不會留下疤痕。