【2025年03月20日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）最新的研究發現，蜘蛛織網時拉絲線的動作，對絲線的韌性、強度起到關鍵性作用。絲線在拉伸過程中，會使裡面的蛋白質鏈對齊增加穩定性，從而強化其韌性和強度。科學家表示，這一發現對未來開發與設計更強力的特殊纖維打開了思路。
科學家長期以來一直對蜘蛛絲感興趣，原因它比鋼更堅固，韌性可與尼龍和凱夫拉纖維（防彈衣常用纖維）相媲美，且擁有橡膠般的彈性。不過，用養殖蜘蛛獲得天然絲的成本高、耗能大、難度高，為此科學家希望在實驗室中研製出類似蜘蛛絲的材料，希望藉此獲得高功能性的仿生材料。
研究發現，蜘蛛絲拉伸過程中，會使纖維內的蛋白質鏈出現「對齊」現象，使整個蛋白鏈重新排列，從而增加蛋白裡面氫鍵的數量。這些氫鍵正好充當蛋白質鏈之間的橋梁，成了一根根的纖維，還同時增加纖維整體的強度、韌性與彈性。
美國西北大學（NU）與聖路易斯華盛頓大學（WashU）共同合作，透過計算模型模擬人造蜘蛛絲內的分子運動，以觀察伸展動作是如何影響蛛絲強度與纖維內的蛋白質排列方式。隨後，他們透過實驗對該模擬計算進行驗證。結果顯示，模擬結果是可靠的。該研究成果於3月7日發表在《科學》雜誌上。
為了驗證他們的模擬計算結果，研究小組使用拉曼光譜技術，去檢查華盛頓大學團隊開發的一種類似金絲圓蛛絲的人造纖維中的蛋白質鏈，看它是如何被拉伸後，出現蛋白重新排列組合的。結果顯示，實驗與模擬測試，取得的結果基本是一致的。
另外，他們還對長五公分的人工蛛絲進行拉伸試驗，查看纖維在斷裂前可以承受多少拉伸和形變，並確認人工蛛絲會增加多少韌性。結果顯示，人工蛛絲最多可以拉長六倍，且拉伸過程中會不斷增加其彈性係數，不過只有拉伸超過原本的三倍時，才會大幅增加整體的韌性。
這一研究的資深作者、西北大學的斯南‧克騰（Sinan Keten）對該校的新聞室表示，「研究人員先前無法了解纖維在拉伸後，其內部會起什麼變化，直到我們透過計算模擬，才了解內部結構出現了什麼變化。這項新發現，將有助於我們了解拉伸與纖維之間的機械性能關係。」
該研究的第一作者、西北大學的雅各‧格雷厄姆（Jacob Graham）則表示，「當蜘蛛吐絲的時後，它們會用後腿抓住纖維並將其拉出，使得纖維在形成時就被拉伸，而正因為這種作法使纖維變得非常堅固且富有彈性。我們發現，只需改變拉伸量，就可以改變纖維的機械性能。」
他解釋說，「這些蛛絲蛋白纖維剛被擠出時，它的機械性能相當弱，若將它拉伸至初始長度的六倍時，就會變得非常堅固。因為這種材料在不拉伸時，就是球形的蛋白質團，只有拉伸才會使團塊變成絲線，而裡面的蛋白質鏈才能有效地堆疊一起。」
他還說，「蜘蛛絲可以說是目前最強的有機纖維，因為具有可生物降解的優勢，可以用於醫療上的手術縫合線和傷口閉合的黏合凝膠上，因為它可以在人體內被自然、無害地降解消失。」
與其它合成材料（主要是石油衍生的塑膠）相比，工程蜘蛛絲提供了更強、可生物降解的替代品。這一認知可以幫助研究人員設計更好的工程蛋白，以此增強這種特殊纖維性能，用於其它的紡紗工藝物品上（例如防彈衣）。
這項研究得到了美國國家科學基金會（NSF）的支持，資助編號為OIA-2219142和DMR-2207879。◇
