奇“丝”妙想

崔媛媛

蚕和蜘蛛都是动物界非常优秀的“纺织能手”，它们吐的丝的优良性能令我们人类称奇。科学家致力于研发“人造蚕丝”“人造蛛丝”，以满足我们除衣着服饰以外的更多方面的需求。

动物界中有很多天生的“纺织能手”，它们吐出长丝，或为自己搭建房屋，或布下罗网捕获猎物。而对于人类来说，这些天然的动物纤维则可为人类所用。人类早在5000年前就开始探索蚕吐丝的秘密，并利用蚕丝制作衣物。而在今天，人类更是创造性地将蚕丝、蜘蛛丝等运用到军事、医学等各个领域。各种奇“丝”妙想正在改变着我们的生活。

纤维“皇后”：蚕丝

蚕丝是人类最早利用的天然动物纤维之一，蚕丝因其特殊的光泽和细腻光滑的手感而成为人类的优质服饰原料。中国是世界上最先养蚕缫丝的国家，并且垄断丝绸业达3000年之久，历史上为打通亚洲和欧洲的丝绸贸易路线而建立的“丝绸之路”更是闻名遐迩。中国古人早已懂得选择性地饲养家蚕，因为家蚕所产的蚕茧比普通野生蚕蚕茧要大得多，同时也易于拆散和抽丝。

蚕在化蛹前，要先连续吃一个月的“桑叶大餐”，将自己的体重增加到刚出生时的1万倍。在作茧时，蚕会寻找一根树枝作为固定点，然后将头向后仰，从口中吐出细长的丝线，并像写阿拉伯数字“8”那样不断地摇晃头部，从外到内地吐丝作茧，直至将自己关在茧——由蚕自己建造的“保护仓”中。一只蚕大约要吐1千米长的丝才能织出一个完整的茧。茧可以有效地防止外界的细菌、鸟类等对蚕的伤害。

蚕作为人类的丝绸“制造工”，仅有少数幸运者被允许破茧成蛾并产卵，大部分蚕茧都被收集起来并放入沸水中蒸煮，这个过程会杀死蚕，同时除去将蚕丝粘连在一起的胶状物。之后，人们刮擦蚕茧，找到蚕丝的末端并缠绕在线轴上，然后开始抽丝。通常需要几股蚕丝缠绕在一起才能纺出我们日常所用的丝线。

蚕丝纤维在被蚕吐出来前，并不是缠在线轴上的那个样子，而是以蛋白质（由各种氨基酸重复组成的长肽链）的形式，像果冻一样存在于蚕的腺体中。蚕通过体内的两个腺体产生蚕丝，而这两个腺体的重量占到了其体重的1/3。当蚕要结茧时，这些蛋白质“果冻”会进入一条管道，在那里排列成纤维状，并脱掉水分子，转换成固态纤维。分别形成于两个腺体中的固态纤维被蚕分泌的一种蛋白胶“绑”在一起，然后从蚕口中的一个特殊通道中吐出——这就是我们看见的蚕丝。

随着对蚕丝的深入研究，科学家发现了蚕丝的一些非常优秀的生物学特性，例如不会引起机体的免疫反应、生物降解较慢，等等。于是，蚕丝的用途开始从服饰扩展到医学领域。

研究发现，在蚕丝的周围很容易培植干细胞。根据这一特性，蚕丝今后有可能被用作修补断骨和撕裂的肌肉的理想支架材料，或用来培养人造骨骼。研究还发现，如果在丝质物中嵌入酶和蛋白质，它们就能在一定时间内持续地发挥作用，短至数秒长至一年，完全取决于人为的调控。根据这一特性，可以用蚕丝为那些需要长期服药的病人研制新型药物。还有研究者利用蚕丝的柔软性，正在研发一种可溶性电子元件薄膜，以取代传统的硅晶片植入患者的大脑里。这一研究有望改进大脑与计算机的连接方式。

一个有趣的发现是，只要在某种特殊的电场中，丝质物就会改变其黏性——在黏性物和非黏性物之间转换。根据这种可逆的黏性，可以将丝质物制成黏胶，为正在送往医院途中的出血病人止血，然后在进入医院后再改变其属性，让外科医生可以迅速处理病人的伤口，而人们所要做的仅仅是按下电场转换开关。

纤维“新宠”：蛛丝

如果说蚕丝是纤维的“皇后”，那么蛛丝则可谓纤维的“新宠”。

在蜘蛛的腹部末端有6～8个被称为“丝疣”的突起物，蛛丝就是从这里“吐”出体外的。与蚕一样，蜘蛛也有专门的分泌丝蛋白的腺体，所不同的是，蜘蛛有多种腺体，可以分泌不同的蛛丝蛋白。这些蛛丝蛋白在蜘蛛体内为液态，经由各自的通道到达丝疣口时，液态丝蛋白在体内外压力差作用下重新排列，最终形成固态的蛛丝。

蛛丝的组成成分与蚕丝相似，主要为各种氨基酸，但蛛丝拥有更甚于蚕丝的优点。蜘蛛的牵引丝（即蜘蛛用于搭建蛛网的丝，在各种蛛丝中最为坚固）的直径是不变的，而蚕丝的直径则在蚕摇头晃脑画“8”字的不同阶段有变化。蛛丝的强度更强，通常是蚕丝的4～5倍。如果以可承受重量与自身重量的比值这个参数作为比较值，那么，一根典型的蛛丝的坚韧度是钢筋的20倍，是合成纤维凯夫拉（一种常用的防弹纤维，重量很轻但质地牢固）的4倍。蛛丝还异常柔韧，可以在不断裂的情况下再拉长50%之多。此外，蛛丝在高温及酸性条件下具有极佳的稳定性，在-50℃仍能保持良好的弹性。除上述物理特性外，蛛丝还具有与蚕丝一样的生物特性（无免疫反应，生物降解缓慢）。蛛丝因以上种种特性，被人们誉为“迄今为止发现的最为优良的天然纤维”。

因其优良的强度和柔韧性，科学家对蛛丝投以特别的关注。蛛丝在军事上的贡献从“二战”时期就开始了，那时英国军队的枪炮瞄准线就是用蜘蛛丝制成的。蛛丝还是研发防弹衣的新型材料。蛛丝在人造皮肤、人工肌腱、人工韧带及人工角膜等医学用途上，也有比蚕丝更好的应用前景。

和蚕丝纤维一样，蛛丝纤维也具有良好的透水、透气性，又不易被细菌穿透，与创面贴合良好。蛛丝本身的通透性和天然皮肤非常接近，且具有很好的伸展性，非常适用于人造皮肤的原材料。蛛丝以其高强度、高韧性，以及良好的柔软性和可塑性，成为制造人工肌腱的理想材料。蛛丝还可用作韧带的再生支架，在不久的将来用于治疗世界上最常见的由关节前十字韧带断裂造成的膝盖损伤疾病，这无疑给全世界患者带来了希望。蛛丝还是人工角膜的首选材料。目前医学上大多采用聚甲基丙烯酸甲酯制造人工角膜，这种材料虽然具有良好的透光性和可塑性，但硬度相对较高，而且具有免疫反应等副作用。

科学家还发现了蛛丝在外科手术（包括神经、眼睛等）缝合方面的用途。现在常用的天然缝合材料中，肠线柔韧性欠佳，动物肌腱容易在体内过早地被吸收。如果用蛛丝缝合伤口，不仅可以克服上述缺点，其良好的生物相容性还可以让创口恢复更快，且不会留下疤痕。