研究人员成功制造了一种可以纺出人造蜘蛛丝的装置，其与蜘蛛自然产生的丝非常接近。人造丝腺能够通过模仿蜘蛛丝腺中自然发生的各种化学和物理变化来重建丝的复杂分子结构。

这种环保创新是迈向可持续发展的一大步，可能会影响多个行业。这项研究由日本RIKEN可持续资源科学中心的KeijiNumata与RIKEN先锋研究集群的同事领导，发表在《自然通讯》杂志上。

蜘蛛丝以其强度、柔韧性和重量轻而闻名，其拉伸强度可与同直径的钢材相媲美，强度重量比更是无与伦比。除此之外，它具有生物相容性，这意味着它可以用于医疗应用，并且可以生物降解。那么为什么不是所有东西都是由蜘蛛丝制成的呢?由于多种原因，从蜘蛛身上大规模采集丝已被证明是不切实际的，这需要科学家们开发一种在实验室中生产丝的方法。

蜘蛛丝是一种生物聚合物纤维，由具有高度重复序列的大蛋白质(称为蜘蛛丝)制成。丝纤维内有称为β片层的分子子结构，其必须正确排列才能使丝纤维具有独特的机械性能。重建这种复杂的分子结构多年来一直困扰着科学家。RIKEN科学家并没有尝试从头开始设计这个过程，而是采用了仿生方法。

正如Numata解释的那样，“在这项研究中，我们尝试使用微流体来模拟天然蜘蛛丝的产生，这涉及通过狭窄通道流动和操纵少量流体。事实上，我们可以说蜘蛛的丝腺发挥着一种作用。天然微流体装置。”

研究人员开发的设备看起来像一个小矩形盒子，里面刻有微小的通道。将前体蛛丝蛋白溶液放置在一端，然后通过负压将其拉向另一端。

当蜘蛛丝流经微流体通道时，它们会受到化学和物理环境的精确变化，这是通过微流体系统的设计实现的。在正确的条件下，蛋白质自组装成丝纤维，具有其特有的复杂结构。

研究人员通过实验找到了这些正确的条件，并最终能够优化微流体系统不同区域之间的相互作用。除此之外，他们发现用力推动蛋白质是行不通的;只有当他们使用负压拉动蛛丝蛋白溶液时，才能组装出具有正确的β片层排列的连续丝纤维。

“一旦建立并优化了不同的条件，微流体系统的强大程度令人惊讶，”该论文的合著者之一、高级科学家阿里·马来说。“纤维组装是自发的、极其快速且高度可重复的。重要的是，这些纤维表现出天然丝纤维中发现的独特的层次结构。”

使用这种方法人工生产丝纤维的能力可以带来许多好处。它不仅有助于减少当前纺织品制造对环境的负面影响，而且蜘蛛​​丝的可生物降解和生物相容性使其成为生物医学应用的理想选择，例如缝合线和人工韧带。

“理想情况下，我们希望对现实世界产生影响，”沼田说。“为此，我们需要扩大我们的纤维生产方法，使其成为一个连续的过程。我们还将使用多种指标评估人造蜘蛛丝的质量，并在此基础上进行进一步的改进。”

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