科學家成功複製了蜘蛛絲的複雜分子結構，用人工腺體紡絲，模仿自然界生產世界上最堅韌纖維之一的過程。科學家們相信，這項突破是朝著最終能夠生產出這種具有廣泛現實用途的高適應性和搶手材料邁出的一大步。

透過該裝置進行生物紡絲有望實現可擴展的蜘蛛絲生產芬尼根等人/(CC By 4.0)

日本理化學研究所永續資源科學中心（RIKEN Center for Sustainable Resource Science）和理化學研究所開創性研究集群（RIKEN Cluster for Pioneering Research）的研究人員採用新方法實現了這一壯舉，他們構建了一個人造絲腺體，旨在反映蜘蛛體內發生的物理和化學變化。

這並不容易，由於難以複製這些複雜的生物過程，因此製造人造蜘蛛絲極具挑戰性。生物聚合物纖維由具有高度重複序列的大型蛋白質組成，這些序列被稱為蜘蛛絲。β片是蛛絲纖維中的分子子結構，必須將其排列整齊，才能賦予蛛絲令人印象深刻的特性。

除此之外，人造腺體還需要精確的微流體機制，使蛋白質自我組裝成絲狀纖維，不僅看起來像，而且行為也像真的一樣。

“在這項研究中，我們試圖利用微流體技術來模擬天然蜘蛛絲的生產過程，這涉及到少量流體在狹窄通道中的流動和操控，”理化學研究所領導這項研究的Keiji Numata 說。”事實上，可以說蜘蛛的絲腺就是一種天然的微流體裝置。”

這個人造腺體類似於一個不起眼的長方形盒子，上面有沿其長度方向延伸的凹陷通道，它是在為複雜的過程創造適當的環境，使其像自然界一樣發揮作用的過程中反複試驗的結果。其中一個錯誤是使用力量推動蛋白質通過微流體系統；它需要負壓來拉動脊髓素溶液通過該裝置。

不過，一旦克服了這個障礙，研究團隊就能製造出β片排列整齊的連續絲纖維，讓這種材料具有類似大自然的特性。

研究報告的共同作者、資深科學家阿里-馬來（Ali Malay）說：”令人驚訝的是，一旦建立並優化了不同的條件，微流體系統就會變得如此強大。纖維的組裝是自發的，速度極快，可重複性極高。重要的是，纖維呈現出天然絲纖維中明顯的分層結構。”

“高度可重複性”是一個關鍵屬性；成功的複製存在可擴展性問題，而由於後勤和生物原因，養殖蜘蛛幾乎是不可能的。低成本、高效率地生產蠶絲可以徹底改變破壞環境的紡織業，其生物相容性使其成為縫合線、人工韌帶和結締組織手術等多種醫療用途的理想候選材料。

Numata 說：”理想情況下，我們希望對現實世界產生影響。為此，我們需要擴大纖維生產方法的規模，使其成為一個連續的過程。我們還將利用多項指標評估人造蜘蛛絲的質量，並在此基礎上進一步改進。”

這項研究發表在《自然通訊》雜誌。