▲北美常见的黑寡妇蜘蛛。
黑寡妇蜘蛛及其近亲原产于各大洲的温带地区，能够生产出一系列具有特殊材料属性的丝织品。近日，西北大学和圣地亚哥州立大学的研究人员解开了黑寡妇蜘蛛如何将蜘蛛丝蛋白质转化为钢强度纤维的复杂过程，有望帮助科学家创造出同样坚固的合成材料。论文于10月22日发表在《美国国家科学院院刊》网络版上。
科学家们很早就知道蜘蛛丝蛋白质的氨基酸序列以及蜘蛛丝和蜘蛛网的结构。先前的研究推测，蜘蛛丝蛋白在通过蜘蛛的纺丝装置形成丝纤维之前，会作为纳米级的两亲性球形胶束等待纺丝过程。然而，当科学家试图复制这一过程时，他们无法创造出具有蜘蛛丝纤维强度和性能的合成材料。
论文的共同通讯作者、西北大学的Nathan C. Gianneschi说:“知识的鸿沟横在我们中间，我们没有完全在纳米尺度上理解丝腺或纺丝管中发生的蛋白质变成纤维的储存、转化和运输过程。”
利用互补的、最先进的技术——圣地亚哥州立大学的核磁共振光谱学，结合西北大学的电子显微镜，研究小组仔细地观察了丝纤维来源的蛋白腺体的内部结构，揭示出一个非常复杂的层次蛋白组装过程。这一“改良胶束理论”的结论是，蜘蛛丝蛋白最初并不像之前认为的那样是简单的球形胶束，而是复杂的复合胶束。这种独特的结构可能正是黑寡妇蜘蛛形成钢丝般的纤维所需要的。
共同通讯作者、圣地亚哥州立大学化学与生物化学系的副教授Gregory P. Holland说：“我们现在知道，黑寡妇蜘蛛丝是由储存在蜘蛛腹部的不同层次的蛋白质纳米组件(直径200到500nm)织成的，而不是由单个蛋白质的随机溶液或简单的球形颗粒织成的。如果我们能够复制这个过程，产生的材料的实际应用基本上是无限的，可能用于军事、急救和运动员的高性能纺织品，电缆桥架及其他建筑材料，塑料的环保替代品以及生物医学应用。”
“毫不夸张地说，如果我们能复制这个自然过程来大规模生产人造纤维，将会对材料和工程产生不可估量的影响。简而言之，这将是一种变革。”Gianneschi补充道。
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编译：花花
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：
https://phys.org/news/2018-10-mystery-black-widow-spiders-steel-strength.html
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