新发现：蜘蛛拉丝强化蛛网与蛋白排列有关

最新的研究发现，蜘蛛织网时拉丝线的动作，对丝线的韧性、强度起到关键性作用。丝线在拉伸过程中，会使里面的蛋白质链对齐增加稳定性，从而强化其韧性和强度。科学家表示，这一发现对未来开发与设计更强力的特殊纤维打开了思路。

科学家长期以来一直对蜘蛛丝感兴趣，原因它比钢更坚固，韧性可与尼龙和凯夫拉纤维（防弹衣常用纤维）相媲美，且拥有橡胶般的弹性。不过，用养殖蜘蛛获得天然丝的成本高、耗能大、难度高，为此科学家希望在实验室中研制出类似蜘蛛丝的材料，希望借此获得高功能性的仿生材料。

研究发现，蜘蛛丝拉伸过程中，会使纤维内的蛋白质链出现“对齐”现象，使整个蛋白链重新排列，从而增加蛋白里面氢键的数量。这些氢键正好充当蛋白质链之间的桥梁，成了一根根的纤维，还同时增加纤维整体的强度、韧性与弹性。

美国西北大学（NU）与圣路易斯华盛顿大学（WashU）共同合作，透过计算模型模拟人造蜘蛛丝内的分子运动，以观察伸展动作是如何影响蛛丝强度与纤维内的蛋白质排列方式。随后，他们透过实验对该模拟计算进行验证。结果显示，模拟结果是可靠的。该研究成果于3月7日发表在《科学》杂志上。

为了验证他们的模拟计算结果，研究小组使用拉曼光谱技术，去检查华盛顿大学团队开发的一种类似金丝圆蛛丝的人造纤维中的蛋白质链，看它是如何被拉伸后，出现蛋白重新排列组合的。结果显示，实验与模拟测试，取得的结果基本是一致的。

另外，他们还对长五公分的人工蛛丝进行拉伸试验，查看纤维在断裂前可以承受多少拉伸和形变，并确认人工蛛丝会增加多少韧性。结果显示，人工蛛丝最多可以拉长六倍，且拉伸过程中会不断增加其弹性系数，不过只有拉伸超过原本的三倍时，才会大幅增加整体的韧性。

这一研究的资深作者、西北大学的斯南‧克腾（Sinan Keten）对该校的新闻室表示，“研究人员先前无法了解纤维在拉伸后，其内部会起什么变化，直到我们透过计算模拟，才了解内部结构出现了什么变化。这项新发现，将有助于我们了解拉伸与纤维之间的机械性能关系。”

该研究的第一作者、西北大学的雅各‧格雷厄姆（Jacob Graham）则表示，“当蜘蛛吐丝的时后，它们会用后腿抓住纤维并将其拉出，使得纤维在形成时就被拉伸，而正因为这种作法使纤维变得非常坚固且富有弹性。我们发现，只需改变拉伸量，就可以改变纤维的机械性能。”

他解释说，“这些蛛丝蛋白纤维刚被挤出时，它的机械性能相当弱，若将它拉伸至初始长度的六倍时，就会变得非常坚固。因为这种材料在不拉伸时，就是球形的蛋白质团，只有拉伸才会使团块变成丝线，而里面的蛋白质链才能有效地堆叠一起。”