比强度是钢4倍、伸缩性高于聚酰胺的合成蛛丝如何制造？

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上图是世界各地的研究团队从1990年代开始积极研发的“梦幻纤维”——合成蛛丝。比强度是高张力钢的4倍，而伸缩性比聚酰胺（PA）还要高。在同时具备高强度和伸缩性的纤维中，芳纶纤维最为有名。但这种合成蛛丝的韧性高达芳纶纤维的约6倍。而且原料不依赖石油。

一家日本风险企业开发出了能够低成本大量合成这种梦幻纤维的技术。那么这种纤维是如何制造出来的呢？

答案是［2］用微生物替代蜘蛛制作

2013年5月下旬，东京六本木的商业设施展示了一件闪耀着钴蓝色光芒的晚礼服（图1）。这是全球第一件使用合成蛛丝织成的衣服。蛛丝因分子结构复杂，研究室往往需要花费3个月的时间才能制造出几毫克。而庆应大学创办的风险企业Spiber大幅提高了蛛丝的合成效率，从而向蛛丝的实用化目标迈出了一大步。

图1：用人工合成蛛丝“QMONOS”织成的晚礼服。蛛丝一般为金黄色。有光泽的钴蓝色证明这种丝线是人工合成的。

Spiber开发出了由微生物生成蛛丝的主要成分——蚕丝蛋白（一种蛋白质）的方法（图2）。世界各地的研究团队都在致力于蛛丝合成技术的开发，但大多不使用微生物，而是利用山羊、蚕及植物等。尽管人们都知道使用繁殖速度快的微生物可以获得更高的生产效率，但业界常识认为，微生物无法生成具有蛛丝这种复杂分子结构的蛋白质。

图2：QMONOS的制造工序。新设计出了容易由微生物生成的、能够产生分子的基因。Spiber拥有纤维化之后可实现多种强度、伸缩性、耐热性组合的300种基因库。可以制造出最高比强度可达到高张力钢的4倍、伸缩性高于聚酰胺、具有300℃耐热性的“超级纤维”。制成丝线时采用与化学纤维相同的技术。还可加工成薄膜、凝胶、海绵及纳米纤维等。

首先要合成用来生成蚕丝蛋白的“设计图”——基因。但对于微生物来说，生成与自然蛛丝完全相同的分子结构是太过复杂的事情，因此无法做到。于是，Spiber公司经过反复摸索，设计出了容易由微生物生成、而且纤维化之后可显示出蛛丝所具有的出色机械特性的基因。导入这种基因之后，微生物会在培养液中不断发酵。对这种培养液进行提炼，便可获得粉体蚕丝蛋白（聚合物）。

然后采用与化学纤维相同的技术制成丝线，但必须将聚合物变成液体。但蚕丝蛋白极难溶于液体。以前，只有对人体毒性非常强的两种氟类溶剂可以溶解。该公司此次也在这一点上进行了反复实验。站在工业用途的角度从零开始尝试普通溶剂，最后终于找到了“谁都没想到能够溶解的溶剂”（Spiber代表董事社长关山和秀）。关山强调：“这是一项不符合业界常识的创意，但我们认为任何事情都要尝试后才知道。”

Spiber将这样诞生的合成蛛丝命名为“QMONOS”。如果应用于纤维增强树脂，便有望变成轻量而强劲的运输设备用材料。该公司与日本汽车部件厂商小岛冲压工业成立了合资公司，月产100kg以上的试制研究工厂将于2013年内投产。第一年度年产10吨的试验工厂将于2015年竣工投产。（日经技术在线！ 供稿）