比強度是鋼4倍、伸縮性高於聚?胺的合成蛛絲如何制造？

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上圖是世界各地的研究團隊從1990年代開始積極研發的“夢幻纖維”——合成蛛絲。比強度是高張力鋼的4倍，而伸縮性比聚?胺（PA）還要高。在同時具備高強度和伸縮性的纖維中，芳綸纖維最為有名。但這種合成蛛絲的韌性高達芳綸纖維的約6倍。而且原料不依賴石油。

一家日本風險企業開發出了能夠低成本大量合成這種夢幻纖維的技術。那麼這種纖維是如何制造出來的呢？

答案是﹝2﹞用微生物替代蜘蛛制作

2013年5月下旬，東京六本木的商業設施展示了一件閃耀著鈷藍色光芒的晚禮服（圖1）。這是全球第一件使用合成蛛絲織成的衣服。蛛絲因分子結構復雜，研究室往往需要花費3個月的時間才能制造出幾毫克。而慶應大學創辦的風險企業Spiber大幅提高了蛛絲的合成效率，從而向蛛絲的實用化目標邁出了一大步。

圖1：用人工合成蛛絲“QMONOS”織成的晚禮服。蛛絲一般為金黃色。有光澤的鈷藍色証明這種絲線是人工合成的。

Spiber開發出了由微生物生成蛛絲的主要成分——蠶絲蛋白（一種蛋白質）的方法（圖2）。世界各地的研究團隊都在致力於蛛絲合成技術的開發，但大多不使用微生物，而是利用山羊、蠶及植物等。盡管人們都知道使用繁殖速度快的微生物可以獲得更高的生產效率，但業界常識認為，微生物無法生成具有蛛絲這種復雜分子結構的蛋白質。

圖2：QMONOS的制造工序。新設計出了容易由微生物生成的、能夠產生分子的基因。Spiber擁有纖維化之后可實現多種強度、伸縮性、耐熱性組合的300種基因庫。可以制造出最高比強度可達到高張力鋼的4倍、伸縮性高於聚?胺、具有300℃耐熱性的“超級纖維”。制成絲線時採用與化學纖維相同的技術。還可加工成薄膜、凝膠、海綿及納米纖維等。

首先要合成用來生成蠶絲蛋白的“設計圖”——基因。但對於微生物來說，生成與自然蛛絲完全相同的分子結構是太過復雜的事情，因此無法做到。於是，Spiber公司經過反復摸索，設計出了容易由微生物生成、而且纖維化之后可顯示出蛛絲所具有的出色機械特性的基因。導入這種基因之后，微生物會在培養液中不斷發酵。對這種培養液進行提煉，便可獲得粉體蠶絲蛋白（聚合物）。

然后採用與化學纖維相同的技術制成絲線，但必須將聚合物變成液體。但蠶絲蛋白極難溶於液體。以前，隻有對人體毒性非常強的兩種氟類溶劑可以溶解。該公司此次也在這一點上進行了反復實驗。站在工業用途的角度從零開始嘗試普通溶劑，最后終於找到了“誰都沒想到能夠溶解的溶劑”（Spiber代表董事社長關山和秀）。關山強調：“這是一項不符合業界常識的創意，但我們認為任何事情都要嘗試后才知道。”

Spiber將這樣誕生的合成蛛絲命名為“QMONOS”。如果應用於纖維增強樹脂，便有望變成輕量而強勁的運輸設備用材料。該公司與日本汽車部件廠商小島沖壓工業成立了合資公司，月產100kg以上的試制研究工廠將於2013年內投產。第一年度年產10噸的試驗工廠將於2015年竣工投產。（日經技術在線！ 供稿）