【生物化學】蜘蛛絲最新應用與發展

■大家一定都還記得在電影《蜘蛛人２》裡，蜘蛛人用了好幾條蜘蛛絲擋下失控列車的經典畫面。事實上，蜘蛛絲真的具有這種高韌性、強度與動能吸收率，能夠抵擋這麼強的衝擊力，並且將大部分衝擊的動能轉成熱能。其實也已經有很多公司正在研究開發蜘蛛絲的各種應用。

撰文｜林宇軒

　　蜘蛛絲是由蛋白質堆疊而成，包括結晶以及非晶形的結構，並包裹入一些分子幫助穩定蜘蛛絲，例如提供酸性環境以抗菌的磷酸氫鉀、抗酸的硝酸鉀等。蜘蛛絲可承受的重量比等重的鋼鐵要強五倍，可吸收的動能則比等重的克維拉纖維(Kevlar)大上三倍。

儘管蜘蛛絲擁有特殊的物理性質，但絲蛋白在蜘蛛體內是液態的，被排到蜘蛛體外後，因為壓力的關係，才會重排成固態的蜘蛛絲蛋白，因此不易被利用。美國Kraig Biocraft Laboratories轉而使用另一種方法讓絲的取得更為便利，他們將蜘蛛絲基因轉殖到蠶，再利用傳統養蠶取絲的方式，取得具有蜘蛛絲強韌性質的蠶絲，根據2014年3月24日公司最新發布的消息指出，新技術使產率從30%大幅提高到70%，產品已可進入大量生產階段。日本公司Spiber則用另一種方法獲得大量的絲蛋白。他們將蜘蛛絲蛋白基因轉殖入大腸桿菌體內，利用其產生的絲蛋白形成的絲強度比克維拉纖維還要強，目前持續投注資金在量產技術，預計2015年可以達到每月生產100公斤的產量。

不同於前兩者專注在改良絲的性質，德國公司AMSilk開發兩種新穎的產品。其一是把絲蛋白加到化妝品中，擦了能讓皮膚非常光滑；其二則是在洗髮精中加入絲蛋白，使用後會因為絲蛋白很容易吸附在頭髮角蛋白上而修復受損的毛髮，讓頭髮看起來光采動人。AMSilk也產絲，他們將四種十字園蛛絲的基因轉殖到大腸桿菌中，成功地生產出具有和原生蜘蛛絲相同強度的絲。預計2015年以前開發完在豐胸手術的矽膠外包覆上一層絲蛋白的技術，以提高矽膠的親水性，降低身體的排斥，預期可產生上千萬美元的營業額。

美國猶他州立大學Randy Lewis教授則是用另一種更令人驚奇的方法來產絲，他和研究團隊將生產絲的基因轉殖入山羊，使這種山羊的羊乳中含有絲蛋白，只需要離心就能簡單地分離絲蛋白作進一步利用。目前從猶他州立大學分出來的公司Araknitek正利用這項技術生產體積較小的醫療用品，如手術縫合線、人工韌帶等，同時也利用基因轉殖大腸桿菌，來生產對絲有大量需求的產品，如：纖維、薄膜等，未來更將會應用到大量生產縫合線、輪胎、紡織品，甚至是各種移植進人體的移植物等。

雖然目前仍無法做出像蜘蛛人阻止失控列車那樣強韌的絲線，但這幾家公司已向我們世人展現，在不久的將來，這類絲的穩定供應，將會帶領世界走向材料的大變革，更堅韌、更不被人體排斥的產品，將會一一問世。一如Spiber公司廣告所說：你覺得這些可能成真嗎？我們可不這麼認為！

參考資料：
https://cen.acs.org/articles/92/i9/Spider-Silk-Poised-Commercial-Entry.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Spider_silk
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作者：國立臺灣大學化學系 林宇軒。
責任編輯：國立成功大學化學系 林弘萍教授