人工蜘蛛丝的合成

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1、人工蜘蛛丝的合成摘要：蜘蛛丝具有非常优异的性能特征，如其具有综合的钢性、强度和弹性及生物可降解性等，这些特点使得蜘蛛丝在许多领域具有广阔的应用前景。本文主要分析了蜘蛛丝的结构和组成，重点介绍了蜘蛛丝的人工合成并举了国内外成功的例子，同时对人造蜘蛛丝的应用和发展前景做了说明。关键词：蜘蛛丝人工合成工艺应用ThesynthesisofartificialspidersilkAbstract:thespidersilkhasveryexcellentperformancecharacteristics,ifhasthecomprehensiverigidity,streng

2、thandelasticityandbiodegradableproperty,etc.,thesecharacteristicsmakespidersilkinmanyfieldshasabroadapplicationprospect.Thispapermainlyanalyzesthestructureandcompositionofspidersilk,introducedthesyntheticspidersilk,citingexamplesofsuccessathomeandabroad,andatthesametimetoman-madespiders

3、ilkapplicationanddevelopmentprospectareexplained.Keywords:spidersilksynthetictechnologyapplication蜘蛛丝是一种高分子蛋白纤维，具有其他纤维不可比拟的强度大、弹性好、柔软、质轻、抗断裂、耐紫外线等优点，并且可生物降解和回收，不会对环境造成污染，是生产绿色织物优异的纺织材料。蜘蛛丝优异的机械性能和特殊的理化性质已引起世界各国研究人员的关注。随着生物技术的发展，蜘蛛丝的开发生产取得了突破，使其在纺织、军事、航天航空、组织工程等领域有着广阔的应用前景。1蜘蛛丝的结构和组成1.1蜘

4、蛛丝纤维的组成蜘蛛丝的主要成份是蛋白质，基本组成单元为氨基酸。蜘蛛丝含l7种左右氨基酸，各种氨基酸的含量因蜘蛛的种类不同而存有一定的差异。蜘蛛丝中较大的7种氨基酸含量占其总量的90％，它们分别为甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、丝氨酸、亮氨酸和精氨酸。表1不同种类蜘蛛丝的主要氨基酸组成氨基酸（主壶腹腺）十字圆蛛大腹圆蛛络新妇蛛甘氨酸42.3035.3048.69丙氨酸18.3017.8824.85谷氨酸11.8612.7310.49脯氨酸9.5512.682.15丝氨酸4.744.902.11亮氨酸1.761.352.63精氨酸0.491.551.94,）微1.2蜘蛛丝

5、纤维的微观结构蜘蛛丝由前纺器纺区、中纺器纺区、后纺器纺区三组喷嘴喷射形成，分子结构是由原纤丝组成，而原纤丝又由120nm微原纤组成，微原纤是由蜘蛛丝蛋白构成的高分子化合物。蜘蛛丝横截面接近圆形，直径为6.9μm，是单丝，由两组丝腺组成，中间没有丝胶，没有覆盖于表面的水溶性物质。蜘蛛丝的纵向形态是丝中央有一道凹缝痕迹，在水中有大的溶胀性，截面会发生膨胀，径向则会发生明显的收缩。1.3蜘蛛丝纤维的空间结构蜘蛛丝蛋白主要由非结晶状态部分和结晶状态部分构成；结晶状态部分主要由丙氨酸残基序列组成，并形成反向平行的β—折叠片层，多个β—折叠片层的部分而成为结晶状态；非结晶状态的部

6、分由富含甘氨酸的单链多肽构成，形成α—螺旋起连接晶体部分的作用。β—片层之间以β—转角相连，而α—螺旋所构成的非结晶状态的部分将各β—片层连成一个线状整体。1.4蜘蛛丝纤维的分子构象蜘蛛丝的分子构象为β—折叠链，分子链沿着纤维轴线的方向呈反平行排列，相互间以氢键结合，形成折曲的栅片，其多肽链排列整齐、密集形成结晶区，栅片间为非结晶区。2蜘蛛丝的人工合成蜘蛛的产丝量小，提取工艺复杂，且同类相食，无法高密度养殖以获取蜘蛛丝。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12+片段，通过微生物、动物、

7、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。2.1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，进行几百万次繁殖生产出丝。这种细菌的出现，不但降低了产丝的成本，而且还会提高丝的质量。2.2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