我愿变身蜘蛛侠，飞檐走壁，材说蜘蛛侠的奇异功能

仿生材料，你陌生吗？曾经我正眼都不瞧一下的鼻涕虫，最近都开始登上头条，成为材料“明星”了。这让我开始思考，在材料领域里，周围的生物又会给我们带来什么意外之喜呢？

接着，我又重温了《蜘蛛侠2》，这个描述英雄的电影……，不得不说，虽然在目前，现实生活中，这样的剧情发生的概率自然，嗯，是零。但电影里，编剧塑造一个以蜘蛛这样的生物为蓝本作为主人公形象，我也是觉得编剧的科学造诣相当之深！

蜘蛛侠是蜘蛛与人的结合体，拥有蜘蛛体能，最突出的特点自然是可以发射蜘蛛丝。电影中，蜘蛛侠所发射的蜘蛛丝能力超强，小到作为发射弹攻击敌人，大到成功阻拦了一辆失控的列车啊！有木有！更好玩的是，可以作为伸缩拉绳，在天上飞啊飞的～

上演空中芭蕾

成功牵制掉落的汽车

控制一辆失控的列车

电影中蜘蛛丝为何如此厉害，是不是仅仅只是为了电影效果，以夸张的手法，突出人物英雄本色？NO！当然不是！这就是我佩服编剧的地方，显然，编剧很有可能在创作初期就对蜘蛛丝作了一些了解。因为，电影中的所有场景，实际上，蜘蛛丝都可以胜任！那么蜘蛛丝究竟强在哪，从而可以获得科学家乃至编剧的青睐呢？接下来让我告诉你。

浅谈蜘蛛丝

蜘蛛丝属于蛋白纤维，具有多级结构。蜘蛛丝蛋白构成高分子化合物---微原纤，多个微原纤的集合体形成原纤，由原纤的纤维束组成蜘蛛丝，直径只有几微米。而牵引丝则是皮芯层结构，皮层没有显著的原纤结构特征，芯层内含有数十根纳米级的微纤维。

蜘蛛丝SEM图（标尺为5μm）

蜘蛛丝的性能受纤维分子的构象、结晶度、取向度、形态结构等因素综合影响。天然蜘蛛丝为氨基酸链段共聚物，包含α-螺旋、β-折叠结构，无规卷曲和β-转角等构象。不同的构象的叠加产生不同的性能，螺旋结构使蜘蛛丝具有弹性，而β折叠提高了蜘蛛丝的强度。

蜘蛛丝的结晶度较蚕丝低，蛛丝蛋白在形成丝纤维过程中，丝蛋白要在蜘蛛的丝腺中逐步脱水，才能排列有序成为液晶态，最终经吐丝器牵引或拉伸而成一定结构和性能的丝纤维。

吐丝过程

另外，一般蜘蛛体内都有多种丝腺，不同丝腺分泌不同的丝而呈现不同的用途和理化特征。

说了这么多，在结构上对蜘蛛丝都有了一些初步的了解，那么功能上蜘蛛丝又有什么独到之处呢？

蜘蛛丝功能特点

蜘蛛丝显著的特点即是它的高比强度、优异弹性和坚韧性。单位质量蜘蛛丝（牵引丝）的强力是芳纶的3倍，钢丝的5倍，弹性是锦纶的2倍，断裂能180MJ/m3为各材料中最高。并且，天然蜘蛛丝还显示出特别的扭转形状记忆效应，当它被扭转到其它准平衡位置时，由于高阻尼效应，它几乎不振荡，也不需要任何额外的刺激就可以指数方式完全恢复到其初始状态，从而有效防止悬挂在空中的蜘蛛转动摇摆。

显著的力学性能，高的生物相容性，这都使科学家们将研究的“矛头”对准蜘蛛丝，希望有朝一日，能将这种天然的蛋白纤维与人造纤维结合起来，制成高性能的环境友好型材料。

蜘蛛丝纤维的应用领域

纺织品：将蜘蛛丝穿在身上，你可敢想？蜘蛛丝既然与蚕丝均为蛋白纤维，自然在舒适度上也不会太差。另外蜘蛛丝的粘性较强，或许有朝一日，我们真的能做到像蜘蛛侠一样飞檐走壁~

军事航空用途：蜘蛛丝比强度很高，可作为防弹背心、武器装甲或防弹涂层。即便子弹以329m/s的速度扫射在其表面，依然可以保证完好。另外还可以作为结构材料、复合材料用于航空飞机，甚至制成宇航服。

医疗保健：由于蜘蛛丝的生物相容性很高，可以作为生物材料，制成人工筋腱、人工器官或手术缝合线等。来自荷兰的研究者Abdoelwaheb El Ghalbzouri就曾利用蜘蛛丝与人体皮肤混合生长，加快了烧伤病人的自愈，并形成一层刀枪不入的“防弹皮肤”。

建筑材料：蜘蛛丝可作为建筑“钢架”，提高建筑的强度和抗压性，但我想还是需要在蜘蛛丝纤维表面作一些防护手段，以防降解。

食品包装：蜘蛛丝具有生物降解性，因此可以取代塑料作为包装材料，一方面保证了强度、韧性，同时可以减少污染问题。

尽管蜘蛛丝有这么多优点，但目前并没有太多相关产品投入使用，其关键原因则是在于难以大规模生产。蜘蛛有同类相食的个性，因此无法像家蚕一样高密度养殖。

目前在人造蜘蛛丝研究方面，研究者们主要通过两种方式进行。一种是化学方法，通过化学合成蛋白浆液，或者将蚕丝溶解，按照蜘蛛丝的蛋白纤维排列方式再进行纺织。另一种则是通过基因工程的方法，将蜘蛛体内编导蛛丝蛋白的基因转入其他生物如哺乳动物、细菌体内，获得蛛丝蛋白，再来纺织。目前，第二种方法得到广泛关注，已有报道称通过转基因，成功从山羊的羊奶、细菌中获得蛛丝蛋白。

但是由于不能完全模拟蜘蛛丝的纤维化过程，在将人工丝蛋白转变为丝纤维的路途上依然任重道远……

电影里彼得•帕克的伯母说到“每个人拥有英雄本质”，那么，成功实现蜘蛛丝大规模应用，让蜘蛛为你“工作”的下一个“材料英雄”会不会是你呢？

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本文由材料人电影团队大黑天供稿，材料牛编辑整理。