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工业制造桑蚕蜘蛛丝 - 2002-11-13


各国都在研究开发工业用的新型强力纤维,竞争越来越激烈。新型纤维,软的可以用来制造医疗用的手术缝合线;硬的也许还可以帮助警察制造防弹服装。不过,你也许不知道,最硬的纤维,可能是已经有几千年历史的自然纤维- 丝,制造出来的。科学家们正在研究,看能不能用桑蚕及蜘蛛丝来生产坚硬的商业用丝。

*桑蚕丝和蜘蛛丝*

到目前为止,大多数的商业用丝,都是来自蚕丝,而蚕丝又是来自蚕成蛹化蝶前所结成的蚕茧。蚕茧抽成的蚕丝,可以用来制作服装和其他纺织品。中国南方许多居民都知道,蚕是一种只吃桑叶的无毒的昆虫。相对来说,饲养蚕比较容易,抽丝拨茧也不难。不过,一般来说,蚕茧抽成的丝,不太结实,只能用来制作一般的纺织品。很多科学家认为,某些蜘蛛的丝,就是这些蜘蛛用来织网的分泌物,是世界上最坚韧的纤维。可惜,蜘蛛没办法象蚕一样,进行大规模的人工培养繁殖。这是因为,蜘蛛一般都是杀戮性很强的昆虫,而且它们常常独往独来。如果硬把它们聚集在一起,其结果往往是它们互相残杀,对同类必吞食之而后快。因此,要想把一大批蜘蛛集中起来饲养,提取大量的、高质量的蜘蛛丝,几乎是不可能的事。

*人工提炼蜘蛛丝*

怎么办呢?科学家和研究人员只好另僻蹊径,看能不能用其他方法,在实验室里生产蜘蛛丝。波士顿的塔夫茨大学生化工程系教授卡普兰正在作这方面的研究。他的项目包括:如何培养细菌来为人类干活。卡普兰说:“我们要么制造出一个基因来, 要么从蜘蛛身上克隆部份基因。然后,我们把这个基因植入细菌身上。接着,我们把这个含有基因的细菌放在一个装有培养液的大缸里,便于这种细菌大量生长繁殖。过一段时间后,再把这些细菌收集起来,把细菌外壳敲碎,从细菌里提取含有这种基因的丝,然后加以净化。这样培养出的丝是粉状的。”这种蜘蛛丝粉可以同水搅拌在一起。卡普兰教授说,用这种液体,就可能开始提取纤维了,特别是提取丝蛋白。

*生产数量有限*

卡普兰说:“如果你把一根牙签放到有丝蛋白的液体中,然后拿出来,就能拉出一根纤维。这说明了一个问题:那就是,液体里的这些蛋白,以及蚕和蜘蛛的腺分泌出来的蛋白,都想利用自身,创造一些什么东西,他们都不安于现状,他们都想做出一根纤维。当然啦,做出一根纤维容易,但要做出一根坚硬结实的纤维就不容易了。”卡普兰教授和塔夫茨大学的学生们在实验室里用不同的速度来提取纤维。不过,他们说,目前,还是蜘蛛丝质量最好。他们还说,用细菌来生产蜘蛛丝,以现有的技术,还只能生产一丁点;只够卡普兰教授用来作研究的;要用来进行大规模的商业生产数量就太少了。

*羊奶蜘蛛丝蛋白*

在这种情况下,加拿大的生物技术公司耐西亚也来参与这个项目。这个公司设在加拿大魁北克的蒙特利尔,据说是世界上在研究基因重组蜘蛛丝生产方面处于领先地位的公司。跟卡普兰教授所用的研究方法一样,耐西亚公司也使用基因来生产蜘蛛丝蛋白。但是,他们生产的基因源要丰富得多。耐西亚公司总裁和首席执行官特纳说:“你想得到更多的蜘蛛丝,你就得到生产场地去。”

特纳说:“我们所做的事情就是成功地把经过改造的、非常有特殊性有特点的蜘蛛丝的基因,成功地输到了山羊身上。这种羊,有七万多个羊的基因。它们看起来很象山羊,动作也象山羊,它们生产的羊奶实际上含有非常丰富的蜘蛛丝蛋白。”特纳不愿意透露从每一公升羊奶中,能提取多少丝蛋白。但是,特纳说,如果对这种丝的需求量超过了他们目前的设备的生产能力,那么,他会想方设法繁殖更多的这种山羊。

为什么只能用山羊,而不能用奶牛呢?特纳说,他比较喜欢用山羊,因为山羊的繁殖和生长的周期都比较短。特纳说:“山羊是一种非常好的动物。通常每次能生两胎,怀孕期为五个月。在正常的哺乳情况下,每两年,能生下三只小羊羔。换句话说,每只母羊,能生下两到三只小羊。如果想得到一千只小羊,那么,我们起码得有一千只母羊,这样才能达到目标。现在,在我们公司,我们已经有一千多只羊了。”

挤出山羊奶之后,还必须从这些奶中提取蜘蛛丝蛋白。特纳说,用现代的挤奶设备,这种提取工作并不难。把蜘蛛丝蛋白从山羊奶中分离出来后,下一步就比较难了。这就是要用高速搅拌机从这些蛋白原料中提取纤维。特纳说,他们公司已经快能够生产工业用的高质量纤维了。不过,特纳还说不准具体什么时候能生产出来。特纳将来可能会这样说,他们公司就是看了蜘蛛织网才照着样子去做的。

*让蚕吐出蜘蛛丝*

在实际实验中,有一些科学家用的方法同特纳他们公司的有所不同。这些科学家把蜘蛛丝基因植入蚕的身上,而不是植入山羊身上。这种方法也很有意思。英国牛津大学的佛尔拉施教授说,他们一开始也 做过这样的实验,但是不大成功。佛尔拉施教授认为,生产高质量的丝的工艺过程,这其中有个重要因素是如何能把丝分离或者提取出来。佛尔拉施教授说,在这个问题上,他和耐西亚公司的特纳看法是一致的。但是佛尔拉施教授认为,从某种情况来看,蚕也能吐出跟蜘蛛丝一样坚韧和不容易断的丝来。佛尔拉施说:“和蜘蛛丝一样,高速抽丝的条件,往往影响到丝的质量。非常有意思的是,如果我们把蚕握在手中直接把它口里的丝缠在搅丝器上,这样我们可以得到蚕自己直接吐出的蚕丝,而这样抽出的蚕丝比起从蚕茧中抽出的蚕丝质量要高一些。当然,如果条件好一些,用机器生产出的这种丝,质量就会更好一些,虽然还赶不上蜘蛛丝,但也差不了多少了。”

佛尔拉施把他的实验结果,发表在最近的《自然》杂志上。如果他的这些初步实验有所取得一定成功,那么下一步他就会研究设法让蚕能吐出更高质量的蚕丝,而不是用手工来直接剿丝了。

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