我愿變身蜘蛛俠，飛檐走壁，材說蜘蛛俠的奇異功能

仿生材料，你陌生嗎？曾經我正眼都不瞧一下的鼻涕蟲，最近都開始登上頭條，成為材料“明星”了。這讓我開始思考，在材料領域里，周圍的生物又會給我們帶來什么意外之喜呢？

接著，我又重溫了《蜘蛛俠2》，這個描述英雄的電影……，不得不說，雖然在目前，現實生活中，這樣的劇情發生的概率自然，嗯，是零。但電影里，編劇塑造一個以蜘蛛這樣的生物為藍本作為主人公形象，我也是覺得編劇的科學造詣相當之深！

蜘蛛俠是蜘蛛與人的結合體，擁有蜘蛛體能，最突出的特點自然是可以發射蜘蛛絲。電影中，蜘蛛俠所發射的蜘蛛絲能力超強，小到作為發射彈攻擊敵人，大到成功阻攔了一輛失控的列車啊！有木有！更好玩的是，可以作為伸縮拉繩，在天上飛啊飛的～

上演空中芭蕾

成功牽制掉落的汽車

控制一輛失控的列車

電影中蜘蛛絲為何如此厲害，是不是僅僅只是為了電影效果，以夸張的手法，突出人物英雄本色？NO！當然不是！這就是我佩服編劇的地方，顯然，編劇很有可能在創作初期就對蜘蛛絲作了一些了解。因為，電影中的所有場景，實際上，蜘蛛絲都可以勝任！那么蜘蛛絲究竟強在哪，從而可以獲得科學家乃至編劇的青睞呢？接下來讓我告訴你。

淺談蜘蛛絲

蜘蛛絲屬于蛋白纖維，具有多級結構。蜘蛛絲蛋白構成高分子化合物---微原纖，多個微原纖的集合體形成原纖，由原纖的纖維束組成蜘蛛絲，直徑只有幾微米。而牽引絲則是皮芯層結構，皮層沒有顯著的原纖結構特征，芯層內含有數十根納米級的微纖維。

蜘蛛絲SEM圖（標尺為5μm）

蜘蛛絲的性能受纖維分子的構象、結晶度、取向度、形態結構等因素綜合影響。天然蜘蛛絲為氨基酸鏈段共聚物，包含α-螺旋、β-折疊結構，無規卷曲和β-轉角等構象。不同的構象的疊加產生不同的性能，螺旋結構使蜘蛛絲具有彈性，而β折疊提高了蜘蛛絲的強度。

蜘蛛絲的結晶度較蠶絲低，蛛絲蛋白在形成絲纖維過程中，絲蛋白要在蜘蛛的絲腺中逐步脫水，才能排列有序成為液晶態，最終經吐絲器牽引或拉伸而成一定結構和性能的絲纖維。

吐絲過程

另外，一般蜘蛛體內都有多種絲腺，不同絲腺分泌不同的絲而呈現不同的用途和理化特征。

說了這么多，在結構上對蜘蛛絲都有了一些初步的了解，那么功能上蜘蛛絲又有什么獨到之處呢？

蜘蛛絲功能特點

蜘蛛絲顯著的特點即是它的高比強度、優異彈性和堅韌性。單位質量蜘蛛絲（牽引絲）的強力是芳綸的3倍，鋼絲的5倍，彈性是錦綸的2倍，斷裂能180MJ/m3為各材料中最高。并且，天然蜘蛛絲還顯示出特別的扭轉形狀記憶效應，當它被扭轉到其它準平衡位置時，由于高阻尼效應，它幾乎不振蕩，也不需要任何額外的刺激就可以指數方式完全恢復到其初始狀態，從而有效防止懸掛在空中的蜘蛛轉動搖擺。

顯著的力學性能，高的生物相容性，這都使科學家們將研究的“矛頭”對準蜘蛛絲，希望有朝一日，能將這種天然的蛋白纖維與人造纖維結合起來，制成高性能的環境友好型材料。

蜘蛛絲纖維的應用領域

紡織品：將蜘蛛絲穿在身上，你可敢想？蜘蛛絲既然與蠶絲均為蛋白纖維，自然在舒適度上也不會太差。另外蜘蛛絲的粘性較強，或許有朝一日，我們真的能做到像蜘蛛俠一樣飛檐走壁~

軍事航空用途：蜘蛛絲比強度很高，可作為防彈背心、武器裝甲或防彈涂層。即便子彈以329m/s的速度掃射在其表面，依然可以保證完好。另外還可以作為結構材料、復合材料用于航空飛機，甚至制成宇航服。

醫療保健：由于蜘蛛絲的生物相容性很高，可以作為生物材料，制成人工筋腱、人工器官或手術縫合線等。來自荷蘭的研究者Abdoelwaheb El Ghalbzouri就曾利用蜘蛛絲與人體皮膚混合生長，加快了燒傷病人的自愈，并形成一層刀槍不入的“防彈皮膚”。

建筑材料：蜘蛛絲可作為建筑“鋼架”，提高建筑的強度和抗壓性，但我想還是需要在蜘蛛絲纖維表面作一些防護手段，以防降解。

食品包裝：蜘蛛絲具有生物降解性，因此可以取代塑料作為包裝材料，一方面保證了強度、韌性，同時可以減少污染問題。

盡管蜘蛛絲有這么多優點，但目前并沒有太多相關產品投入使用，其關鍵原因則是在于難以大規模生產。蜘蛛有同類相食的個性，因此無法像家蠶一樣高密度養殖。

目前在人造蜘蛛絲研究方面，研究者們主要通過兩種方式進行。一種是化學方法，通過化學合成蛋白漿液，或者將蠶絲溶解，按照蜘蛛絲的蛋白纖維排列方式再進行紡織。另一種則是通過基因工程的方法，將蜘蛛體內編導蛛絲蛋白的基因轉入其他生物如哺乳動物、細菌體內，獲得蛛絲蛋白，再來紡織。目前，第二種方法得到廣泛關注，已有報道稱通過轉基因，成功從山羊的羊奶、細菌中獲得蛛絲蛋白。

但是由于不能完全模擬蜘蛛絲的纖維化過程，在將人工絲蛋白轉變為絲纖維的路途上依然任重道遠……

電影里彼得?帕克的伯母說到“每個人擁有英雄本質”，那么，成功實現蜘蛛絲大規模應用，讓蜘蛛為你“工作”的下一個“材料英雄”會不會是你呢？

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本文由材料人電影團隊大黑天供稿，材料牛編輯整理。