世界上最强蜘蛛丝的新细节

许多研究人员梦想破译蜘蛛创造超强、超轻、超柔丝线的惊人能力——但到目前为止，还没有人能够复制蜘蛛的工作。

如果有一天能够生产出具有相同性能的合成材料，那么一个全新的可能性世界可能会打开：人造蜘蛛丝可以在工业中取代凯夫拉纤维、聚酯纤维和碳纤维等材料，并可用于制造轻便灵活的防弹背心。

南丹麦大学 (SDU) 生物化学和分子生物学系的博士后兼生物物理学家 Irina Iachina 参与了这场揭开超级丝绸配方的竞赛。自从在山东大学攻读硕士学位以来，她就对蜘蛛丝着迷，目前，她正在波士顿麻省理工学院在 Villum 基金会的支持下研究这一课题。

作为她研究的一部分，她正在与 SDU 的副教授兼生物物理学家 Jonathan Brewer 合作，后者是使用各种显微镜观察生物结构的专家。

现在，他们一起首次使用光学显微镜研究了蜘蛛丝的内部部分，而没有以任何方式切割或打开蜘蛛丝。这项工作现已发表在《Scientific Reports》 和 《Scanning》杂志上。

- 我们使用了几种先进的显微技术，我们还开发了一种新型光学显微镜，使我们能够一直观察光纤并查看内部情况，Jonathan Brewer 解释说。

到目前为止，人们已经使用各种技术对蜘蛛丝进行了分析，所有这些都提供了新的见解。然而，正如乔纳森·布鲁尔(Jonathan Brewer)指出的那样，这些技术也存在缺点，因为它们通常需要将丝线(也称为纤维)切开以获得用于显微镜检查的横截面或冷冻样品，这可能会改变结构的丝纤维。

- 伊琳娜·亚奇娜 (Irina Iachina) 表示，我们想要研究未经切割、冷冻或以任何方式处理过的纯净且未经处理的纤维。

为此，研究人员使用了侵入性较小的技术，例如相干反斯托克斯拉曼散射、共焦显微镜、超分辨率共焦反射荧光损耗显微镜、扫描氦离子显微镜和氦离子溅射。

不同的研究表明，蜘蛛的丝纤维由至少两层脂质(即脂肪)组成。在它们的后面，在纤维内部，有许多所谓的原纤维以笔直、紧密并排排列的方式运行(见图)。原纤维的直径在 100 到 150 之间，低于常规光学显微镜测量的极限。

- 它们没有像人们想象的那样扭曲，所以现在我们知道在尝试制造合成蜘蛛丝时不需要扭曲它们，Irina Iachina 说。

Iachina 和 Brewer 使用金色圆网蜘蛛 Nephila Madagascariensis 的丝纤维进行研究，这种蜘蛛产生两种不同类型的丝：一种称为 MAS(大壶腹丝纤维)，用于构建蜘蛛网，也是蜘蛛丝的主要来源。蜘蛛用来挂在上面的丝。Irina Iachina 将其称为蜘蛛的生命线;它非常坚固，直径约为 10 微米。

另一种称为 MiS(小壶腹丝纤维)，用作建筑的辅助材料。它更有弹性，通常直径为 5 微米。

根据两人的分析，MAS丝含有直径约为145纳米的原纤维。对于 MiS，它约为 116 纳米。每根原纤维都由蛋白质组成，并且涉及几种不同的蛋白质。这些蛋白质是蜘蛛在产生丝纤维时产生的。

了解它们如何制造出如此坚固的纤维很重要，但纤维的生产也具有挑战性。因此，该领域的研究人员经常依靠蜘蛛来为其生产丝。

或者，他们可以转向计算方法，这就是 Irina Iachina 目前在麻省理工学院从事的研究：

- 现在，我正在对蛋白质如何转化为丝进行计算机模拟。她说，我的目标当然是学习如何生产人造蜘蛛丝，但我也有兴趣为更好地了解我们周围的世界做出贡献。

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