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仿生科技五大最新进展:人人可成蜘蛛侠


http://www.sciencehuman.com   科学人 网站 2004-09-04

 

  看过《蜘蛛侠》的人都不会忘记主人公彼得·帕克利用蛛丝在林立的高楼间飞檐走壁、闪转腾挪的精彩镜头。在《蜘蛛侠2》中,彼得·帕克甚至用一束束蛛丝拦住了一辆急驰的火车。虽然科幻电影具有相当多的夸张成分,但除了蛛丝,自然界的确再也找不到这样轻盈却如此富有韧性的物质了。仿生科技不仅有可能在未来让人们成为蜘蛛侠,而且还提供了很多新的奇妙发明。

  人工合成蛛丝

  蜘蛛成为科学家关注的焦点是因为它们可以制造几种非常有用的东西,其中包括世界上最坚固的材料之一——蛛丝。“如果你曾经轻推过一个蜘蛛网,你就会感觉到在蛛网破裂前,它有一个拖拉伸展的过程”,麻省理工学院的化学工程学教授葆拉·哈蒙德说,“蛛丝正是通过这个伸展的过程吸收了许多能量,这让蛛丝成为世界上最有韧性的材料之一。”

  多年来,人们一直幻想能用蛛丝制作衣服,现在这个幻想正在慢慢变成现实。研究人员首先要了解蜘蛛是如何造丝的,这也是人工合成蛛丝的关键。蛛丝含有一种纤维蛋白,这种蛋白质和存在于毛发和羊角中的角质蛋白相似。这种蛋白分泌出来后开始变得坚韧,以前科学家还不了解这个过程,因此至今无法造出和蛛丝同等强度的纤维。但美国塔夫兹大学的研究人员最近发现了蜘蛛和蚕生产这种纤维的秘密。令人惊奇的是,整个过程竟然由水含量来控制。通过精细的平衡水的含量,蜘蛛和蚕可以防止纤维蛋白过快固化。卡普兰博士已经能够在实验室中模拟这一过程。不久的将来,人工制造的蛛丝将可以用来制作衣服或者强度超高的绳索。届时,人人都可以成为手握蛛丝的蜘蛛侠了。

  蜘蛛毒液可成杀虫剂

  科学家还希望借助蜘蛛制造一种理想的杀虫剂。一种可以杀死害虫,但对其他昆虫以及人和动物没有毒性的杀虫剂。澳大利亚的漏斗蛛分泌的毒液由100多种化合物组成,其中几种化合物已被发现只杀死特定的昆虫。美国康涅狄格大学的科学家格伦·金说:“从毒液中把这些化合物分离出来,然后再用特殊方法把这些化合物放到一种病毒上,这些病毒只对某些昆虫感兴趣,这样病毒就可以将化合物运送到害虫体内并杀死这些害虫”。如果科学家能够在实验室合成这些化合物,就可以制造出对环境完全无害的杀虫剂。

  蛇毒制成去污剂

  另一种来自于蛇的毒液将帮助科学家制造出更好的去污剂。美国加州惠特学院的日裔化学家德温·饭本和他的学生从佛罗里达水腹蛇毒液中提取出一种酶,这种酶可以去除衣服上的血迹。人们已经用细菌制造的酶来生产去污剂,但用动物的酶来生产去污剂还是个新事物。这种源于蛇的酶可以打碎干燥的血迹和衣服纤维之间的粘连。这项研究还处于实验阶段,目前没听说哪家公司已经将蛇毒酶加到去污剂中。

  贻贝为粘合剂提供新思路

  其他动物也可为人类发明新产品提供很好的素材。例如,贻贝可以紧紧帖在岩石或水泥桩上,如果凑近看,就能看到从贻贝体内伸出几十条纤细的纤维丝。贻贝有一个称为“足”的器官,“足”可以将每一根纤维丝粘附在固定物体表面。普渡大学的研究人员发现贻贝粘附物质的形成需要铁,之前还从未在生物粘附剂中发现这种金属元素。大多数生物粘附剂都以蛋白质为基础,当铁加入后,这种明胶样的物质变得坚硬。看起来铁是必需的,因为其它可以被植物和动物细胞处理的金属并不能产生这种“坚硬”过程。这个发现可以帮助科学家生产出更好的粘合剂、不锈材料以及防污油漆。

  山羊奶出产蜘蛛丝

  当然,在实验室制造产品和在工厂大规模生产有很大不同。例如,在工厂生产蛇酶去污剂首先要得到毒液。但无论捕蛇、人工饲养或收集毒液都不是件容易的工作。所以科学家正在实验室培养可以生产蛇毒的细胞。蛛丝有可能走合成路线,因为不能象养蚕那样饲养蜘蛛,如果把两只蜘蛛放到一个笼子里,一只蜘蛛总会吃掉另一只。哈蒙德的研究小组从聚亚安酯开始合成纤维,如今他们已经能生产既柔软又抗拉的纤维。他们正在研究使用超微粒子使纤维强度更大的工艺。其他研究人员则应用了现代生物技术。

  加拿大魁北克一家生物技术公司的研究人员将生产蛛丝的基因转移到新西兰小山羊的体内,这些山羊每升奶可以生产2-15克的蛛丝。这家公司在美国纽约州的普拉茨堡和魁北克的圣·泰莱斯福尔都有养殖基地,公司希望每年可以生产5吨蛛丝。(晓宁)

  【链接】

  人类从生物身上得到的直接获取物

  羊毛: 中亚人在1万年前开始饲养绵羊用来食用和制作衣服。大约公元前4000年,地中海沿岸居民开创性地将羊毛纺成纱。

  皮革: 制革法要追溯到很久以前,已经发掘出有3000多年历史的古埃及皮革制品。

  丝绸: 中国已有超过3000年制作丝绸的历史。通过丝绸之路,丝绸和丝绸制作技术开始传遍世界。

  羊皮纸: 公元前2世纪在小亚细亚的古希腊城市帕加马首次使用了兽皮制成的纸,而此前埃及人是用纸草记录的。

  鲸油: 巴斯克人在公元10世纪开始捕鲸,熬煮鲸脂炼油,他们将鲸油作为灯油使用。[国际先驱导报]

  

  

   

 

 

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