蜘蛛絲是自然界中最引人驚嘆的材料之一，比鋼強五倍，比防彈的克維拉（Kevlar，一種合成纖維）更堅韌，又擁有橡膠般的彈性。西北大學的研究揭示了蜘蛛絲驚人強度的關鍵：蜘蛛在吐絲過程中的拉伸技巧。這項研究已發表在《Science Advances》期刊。
「蜘蛛不只是結網，牠們是在進行精密工程」，研究第一作者Jacob Graham解釋。「當蜘蛛從腹部的絲腺吐出絲線時，牠們用後腿抓住並拉伸纖維。這個看似簡單的動作，實際上在分子層級上完全改變了材料性質。」
最新研究揭示，蜘蛛絲初始時是液態的，從吐絲管排出後透過拉伸而凝固。在微觀層面上，這種拉伸使原本呈球狀團的蛋白質「排成一線」，同時增加了蛋白質鏈間的氫鍵數量。Graham表示：「未經拉伸的纖維機械性能相當弱，但當它被拉伸到初始長度六倍時，就變得極為強韌。」
為了驗證這一發現，研究團隊開發計算模型模擬分子動力學，並使用光譜技術觀察真實纖維中的蛋白質排列變化。兩項結果高度一致，證實拉伸過程能使蛋白質網絡變得更加緊密互連，顯著提高強度和韌性。
這項發現對實用價值重大。蜘蛛絲具有可生物降解的特性，是醫療縫合線和傷口閉合凝膠的理想材料。然而，大規模養殖蜘蛛面臨諸多困難──蜘蛛通常獨居、有地域性且常相互捕食，一隻蜘蛛產量也極為有限。
華盛頓大學的Fuzhong Zhang教授團隊已在研發工程微生物生產蜘蛛絲蛋白。結合這次發現的拉伸技術，科學家們更接近實現人工合成蜘蛛絲的目標。這種生物啟發材料未來可用於開發堅固、可降解的縫合線和高性能防護裝備。
▲ 工程微生物生產蜘蛛絲蛋白的電子顯微鏡影像。（Source：華盛頓大學）
隨著研究深入，Graham對蜘蛛的看法也改變了：「我曾視牠們為討厭的生物，現在則是令人著迷的天然工程師。」這項研究不僅解開了自然奧祕，也為人類創造更環保、高效的材料提供了新思路。
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（首圖來源：Unsplash）
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