人造蜘蛛丝，强度与钢铁媲美！

在自然界中，蜘蛛以其精湛的织网技艺和独特的生存策略而闻名。它们能够在树林间悬挂着的细丝上自由荡秋千，这背后的秘密，正是蜘蛛丝那令人惊叹的机械特性。蜘蛛丝的直径虽然只有几微米，但其强度却能与钢铁相媲美，甚至有过之而无不及。这种强度与轻质的完美结合，使得蜘蛛丝在纺织、汽车制造乃至医疗等多个领域都显示出了巨大的应用潜力。更重要的是，蜘蛛丝是一种生物可降解的材料，这为寻求环保替代品的现代社会提供了新的选择。

然而，蜘蛛的天性使得它们难以被大规模养殖以获取天然蜘蛛丝。它们之间的相互捕食行为，以及对环境的敏感性，都限制了天然蜘蛛丝的获取。为了克服这一难题，科学家们开始探索利用重组蜘蛛丝蛋白来制备人工蜘蛛丝。这一方法不仅能够绕过蜘蛛天性的限制，还能通过精确控制生产过程来获得性能更优的蜘蛛丝。

在芬兰的Aalto University，Ruxia Fan博士生及其团队通过创新的水性纺丝体系，成功制备出了接近天然蜘蛛丝性能的人造蜘蛛丝。他们首先通过融合技术提高了蛛丝蛋白的水溶性，为后续的水性纺丝贮存液的制备打下了基础。接着，他们模拟了天然蜘蛛丝的纺丝过程，利用离液盐、剪切力和脱水等诱导因素，促使重组蛛丝蛋白自组装成纤维。这一过程不仅重现了天然蜘蛛丝的纺丝机制，而且通过湿法纺丝技术，成功制备出了具有高延展性和高韧性的人造蜘蛛丝。

这项技术的关键在于，它完全摒弃了传统纺丝过程中所需的有机溶剂，转而使用纯水性盐溶液作为凝固浴。这种方法不仅环保，而且成本低廉，极大地提高了人造蜘蛛丝的可持续性。此外，通过生物点击反应，研究团队还展示了一种在温和条件下对纤维进行功能化的方法，这为人造蜘蛛丝的多功能应用开辟了新的道路。

在这一过程中，科学家们首先通过提高蛛丝蛋白的水溶性，制备出了高浓度的水性纺丝贮存液。随后，他们利用盐析、剪切力和脱水等自然因素，诱导重组蛛丝蛋白从液滴状态快速转变为纤维状态。这一转变过程不仅快速，而且能够模拟天然蜘蛛丝的形成机制，从而保证了人造蜘蛛丝的优异性能。

通过湿法纺丝技术，研究团队成功生产出了具有高延展性和高韧性的人造蜘蛛丝。这种蜘蛛丝的延展性超越了目前所有的人造蜘蛛丝，而其韧性也接近于天然蜘蛛丝。这一成果不仅展示了水性纺丝体系的高效性，也为人造蜘蛛丝的大规模生产提供了可能。

最后，研究团队利用重组蜘蛛丝蛋白的独特分子设计，通过生物点击反应实现了对纤维的高效功能化。这种方法不仅具有高选择性，而且能够在温和条件下进行，为人造蜘蛛丝的多功能应用提供了新的途径。

总的来说，这项研究通过模仿天然蜘蛛丝的纺丝过程，开发出了一种可持续的水性湿法纺丝方法。这种方法不仅能够生产出性能优异的人造蜘蛛丝，还能够在不牺牲环境的前提下，实现纤维的功能化。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，人造蜘蛛丝有望成为许多石油基纤维的可持续替代品，为人类社会的发展贡献新的力量。