本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
蜘蛛丝似乎最近非常流行。今年一月，一件独一无二的蜘蛛丝披肩在伦敦的维多利亚和阿尔伯特博物馆首次亮相，这件披肩耗时八年，使用超过100万只马达加斯加金丝圆蛛（Nephila madagascariensis）的丝制成。
就在本周，来自奈良医科大学的一位日本科学家宣布，他用蜘蛛丝制作了小提琴弦。重吉大崎多年来一直在研究蜘蛛丝，尤其是在寻找更有效地从蜘蛛身上提取蜘蛛丝的好方法。他利用这些知识从300只圈养的雌性Nephia maculata蜘蛛身上收集了蜘蛛丝样本。然后，他将这些丝线纺成密集的琴弦，并仔细调整它们的长度以产生A、D和G音符。
但是，没有小提琴，小提琴弦有什么用呢？大崎随后在普通的小提琴框架和斯特拉迪瓦里著名的乐器，1720年“吉洛特”小提琴上测试了他的蜘蛛丝小提琴弦。他请来专业的小提琴家来评价它们的音质。他们得出结论，蜘蛛丝琴弦具有“最合适的音色”。（您可以在此处收听声音样本。）大崎说，不仅如此，琴弦还具有更高的弹性极限强度，因此更容易调音。大崎的研究结果将发表在即将出版的物理评论快报上。
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所有这些都启发我挖掘一篇2006年的旧存档文章，内容是关于蜘蛛丝的诸多奇妙之处，并进行了适当的改编和更新以适应2012年
科学家们早就知道蜘蛛丝（尤其是金丝圆蛛（又名Nephila clavipes）纺出的牵引丝）是非常神奇的东西。它非常坚固——按盎司计算，它比钢铁或凯夫拉纤维更坚固，尽管不如碳纳米管纺成的纤维坚固。而且它防水且极具弹性，断裂前可拉伸30-40％，而钢纤维约为8％，尼龙纤维约为20％。但是，除了蜘蛛侠之外，谁知道它还具有抗菌、凝血和其他伤口愈合特性呢？
乔治·埃默里·古德费洛，亚利桑那州墓碑镇的一位19世纪的医生，就是怀疑这一点的人之一。他目睹了1881年一对牛仔之间的手枪决斗。他检查了不幸的失败者的尸体，他的胸部被两颗子弹击穿。但是，无论是哪个弹孔，都没有一滴血渗出。
然而，胸部的伤口中伸出一块丝绸手帕，当他将其拉出时，发现一颗子弹嵌入其中。子弹穿过了其他衣服、肉和骨头，但不知何故无法穿透丝绸织物。
古德费洛对此很感兴趣，开始记录其他丝绸服装可以挡住高速子弹的案例，并收集在一篇题为《丝绸对子弹的不可穿透性的注释》的文章中。在一个令人难忘的例子中，一名男子在脖子上戴了一条丝绸头巾，这使得一颗子弹无法穿透颈动脉。
对这些更令人困惑的医学特性的研究充其量只是零星的；大多数情况下，科学家们专注于解释蜘蛛丝的拉伸强度和弹性。以下是我们目前所知的。由于蜘蛛腹部特殊的腺体，蜘蛛会分泌一种含有大量纤维的液体蛋白质，其结构与头发和角中发现的角蛋白相似。丝绸在渗出时会变硬（“聚合”）；科学家们并不完全确定是什么激活了这一过程。他们已经设法确定了构成丝蛋白的七种氨基酸：主要是丙氨酸和甘氨酸，以及少量的谷氨酰胺、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸和丝氨酸。
在结构方面，蜘蛛丝非常复杂。有刚性层将丝绸固定在一起，有柔软区域保持其柔韧性，并且在这些柔软区域内，还有使丝绸能够拉伸的地方。想要更多细节吗？根据对结构的核磁共振分析，嵌入在凝胶状聚合物中的两种富含丙氨酸的蛋白质构成了纤维。其中一种蛋白质具有高度有序的结构，而另一种蛋白质的结构则较无序，但两者都粘附在富含甘氨酸的聚合物上，该聚合物构成材料的大部分（70％）。正是这种有序和无序的奇怪混合赋予了牵引蜘蛛丝独特的强度和弹性的结合。
实际上，几年前，法国雷恩和英国牛津的科学家合作确定，蜘蛛丝表现出类似于某些智能材料（例如，镍钛合金镍钛诺）的行为，称为形状记忆合金。这种特性使蜘蛛丝具有很强的抗扭曲和摆动能力。它可以稳定悬挂自身的蜘蛛，并使昆虫不易被捕食者察觉。
科学家们非常关心改进他们对蜘蛛丝复杂结构的理解。充分精细地理解和控制上述结构，科学家们将能够在实验室中制造出更好的人工丝，而无需传统的劳动密集型（且昂贵）的“挤奶”蜘蛛方法（本质上是通过手工从纺丝器中拉出威胁）。生产一公斤丝绸需要大约130万个蜘蛛茧，这就是为什么许多商业级丝绸不是来自蜘蛛，而是来自蚕，因为蚕很容易养殖；蜘蛛不是群居性生物，如果你把两只或更多只蜘蛛放在一起，最终一只会吃掉另一只（或多只）。
制造人造蜘蛛丝并非易事。近年来，科学家们在确定纤维的分子结构和构造，甚至在基因测序方面取得了巨大进展。植物细胞技术公司（马萨诸塞州查塔姆）的化学家格伦·埃利昂及其同事已经分离出整个牵引丝基因序列——总共约22,000个碱基对。截至2001年，已解码了14个物种的丝绸序列，2005年，加州大学河滨分校的生物学家设法确定了雌性蜘蛛用于制作丝质卵囊的蛋白质的基因分子结构。
但是，将原始合成蛋白质纺成可用的丝线更具挑战性。蜘蛛巧妙地设计了“纺丝器”：通常是三对纺丝器（连接到特定腺体的小管），每对都有其自身的功能。这些纺丝器使蜘蛛能够对蛋白质液体施加足够的物理力，以将其分子结构重新排列成丝绸。我们缺乏类似的有效仪器，尽管如此，已经取得了一些进展。一家名为Nexia的加拿大生物技术公司设法在两只转基因山羊Webster和Pete中生产了蜘蛛丝，但未能通过将蛋白质溶液压过旨在模拟纺丝器的小挤压孔将其纺成丝状纤维。
兰道夫·刘易斯是怀俄明州拉勒米大学的分子生物学家，他取得了一些更大的成功。他设法克隆了在牵引蜘蛛丝中发现的部分基因，并将它们植入大肠杆菌中。然后，大肠杆菌在液体溶液中产生丝蛋白，他能够通过将其挤过非常细的管子来“纺”成合成纤维。
美国陆军研究、开发和工程中心位于马萨诸塞州纳蒂克，那里的科学家采用了类似的基于基因的方法来制造他们自己的基因克隆聚合物纤维。杜邦公司的埃利昂和一些化学家，尤其是生物物理学家肯·加德纳，也采用了同样的方法。他们一直在研究如何精确地模仿蜘蛛调整其丝绸特性的方式，可能是通过在不同的腺体中表达不同的基因——显然，不同的基因产生含有不同数量结晶物质的蛋白质，这以微妙但重要的方式改变了丝线的结构。
自然地，科学家们希望能够以类似的方式微调合成蜘蛛丝的特性，使其适应特定的应用。麻省理工学院的研究人员制造了既柔软又有弹性的合成纤维，就像蜘蛛丝一样，现在正在混合物中添加纳米级颗粒，旨在与非常特定的区域结合，以增强柔软材料并增加其强度。最终，希望这种材料可以用于制作不易撕裂的服装。编织吸汗和吸湿的其他材料将开辟更多的应用，特别是对于军队、警察和急救人员。
从历史上看，波利尼西亚渔民一直将蜘蛛丝用作钓鱼线，而新几内亚的某些部落则将蜘蛛网用作防水帽。在第二次世界大战期间，它们被用作测量设备中的毛发，美国人则在其伸缩瞄准镜中使用黑寡妇蜘蛛的丝线。现代用途涵盖了更广泛的应用范围，最值得注意的是耐磨鞋和服装的制造；更坚固的绳索、网和降落伞。
其他未来的用途可能包括坚固、不易撕裂的纸张，非常适合用于钞票，以及士兵和警察的防弹背心。这是一个意想不到的应用领域：加州大学河滨分校的科学家正在探索使用蜘蛛丝线制造用于超快纳米级光路的空心光纤，或提高光学显微镜分辨率的方法。
医学应用尚未受到足够的重视，但是蜘蛛丝（天然或合成的，如果科学家继续在复制其特性方面取得进展）可用于更坚韧的缝合线、抗生素绷带、人造肌腱和韧带，以及用于支撑脆弱血管的支架。实际上，用蜘蛛丝包裹植入物可能会阻止身体排斥它们，因为该物质似乎不会引起对外来物体的通常免疫反应。
简而言之，蜘蛛丝真是一种神奇的材料。小提琴弦和丝绸服装仅仅是个开始。
图片来源：Vincent de Groot，维基共享资源。