虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝.docVIP

PAGE PAGE 1 虎纹捕鸟蛛丝——一种可人工养殖的蜘蛛丝 　　摘要： 　　结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维被认为是世界上综合力学性能最优异的天然蛋白质纤维，同时具有良好的生物降解性和生物相容性，但是结圆网蜘蛛具有互相蚕食性，无法进行规模化人工养殖。虎纹捕鸟蛛作为目前众多种类蜘蛛中唯一可人工养殖的蜘蛛，其蛛丝纤维同样具有良好的生物学特性，在生物医用材料领域具有潜在的应用前景。本文概要介绍虎纹捕鸟蛛丝纤维的组成、结构与性能，并在此基础上阐述了静电纺再生捕鸟蛛丝纤维的形态结构及细胞增殖粘附性能，分析其在生物医用材料领域的潜在应用价值。 　　关键词：虎纹捕鸟蛛丝；力学性能；热学性能；生物相容性 　　结圆网蜘蛛大囊状腺分泌的牵引丝纤维是天然蛋白质纤维中综合力学性能最优异的一种，其比模量优于钢而韧性强于Kevlar纤维，被认为是降落伞、防弹衣等的理想材料。同时，蜘蛛丝还具有很好的生物可降解性和生物相容性，在生物医用材料上也具有潜在的应用价值，因而受到了越来越多的关注。目前研究较多的有络新妇蛛、十字园蛛、大腹园蛛、黑寡妇等蜘蛛分泌出来的牵引丝，但是一般来说蜘蛛不能进行大规模养殖，天然蜘蛛丝纤维的产量十分有限。采用基因技术人工合成蜘蛛丝蛋白虽然取得了一定的成果，但是成本高、产量低、丝纤维性能差，从而制约了人造蜘蛛丝的发展。虎纹捕鸟蛛是一种地下穴居型蜘蛛，与结网蜘蛛不同，除了在产卵时，产包卵丝和少量附着丝外，平时会一边吸吮食物一边吐丝，因此，在每次饲喂食物后，可以收集到一定量的蜘蛛丝纤维。在中国广西等地已经有大规模养殖虎纹捕鸟蛛的养殖场，使天然蜘蛛丝纤维的产业化生产成为可能。 　　本课题组已经对虎纹捕鸟蛛丝的基本结构与性能及其再生加工技术开展了较为深入、全面的研究，本文概括性介绍我们的部分研究结果。 　　1虎纹捕鸟蛛的概况 　　虎纹捕鸟蛛（Ornithoctonushuwenna），又名地老虎（见图1），属蜘蛛目狒蛛科捕鸟蛛亚科，体积较大，体长一般在6cm～9cm，体重有20g～30g，雌雄外表体形差别不大。因身体多毛，得名于头胸部背面的辐射状斑纹以及腹部背面的虎纹状花纹。这类蜘蛛一般只生长在北回归线以南的热带、亚热带山区和半山区，是一种负趋光性、大型穴居、不耐寒的剧毒稀有动物。在我国，虎纹捕鸟蛛主要分布于广西、云南、海南，是我国目前所发现的个体最大、单蛛产毒量最高（1mL/次）的穴居毒蛛。由于这类蜘蛛的粗毒中含有透明质酶，碱性磷酸酶和DNA酶等多种酶类，是研制新型药物的新药源，因而在广西等地有专门的蜘蛛养殖场饲养捕鸟蛛并从中提取毒素。 　　图1虎纹捕鸟蛛 　　图2为广西南宁蜘蛛养殖研究所人工养殖虎纹捕鸟蛛的图片。每个容器里装一只蜘蛛，环境温度控制在15℃～30℃，通过容器盖子上钻孔来达到通风透气的目的，给蜘蛛充足的水分，成蛛一周喂一次食，避光养殖。 　　图2虎纹捕鸟蛛人工养殖现场 　　2虎纹捕鸟蛛丝的基本化学组成和形态结构[1] 　　2.1氨基酸组成 　　将虎纹捕鸟蛛丝溶解在一定浓度的HCL溶液中，利用日立-8800高速氨基酸分析仪测定了其氨基酸组成。测定结果见表1，其中含量最多的三种氨基酸是丙氨酸、丝氨酸以及天门冬氨酸，合占47.79%，其中最多是丙氨酸，占26.71%，而丝素中仅甘氨酸和丙氨酸就占了总量的73.07%，其中甘氨酸含量最多，达到40.55%[1]。虎纹捕鸟蛛丝中丙氨酸含量最多，有利于分子链形成伸展状的β-折叠结构。而甘氨酸、脯氨酸与谷氨酸这些可形成螺旋结构分子链段的氨基酸含量则较低。另外，捕鸟蛛丝中丝氨酸等极性氨基酸含量也较高，有助于提高分子排列的规整性，增强分子间的作用力。 　　表1虎纹捕鸟蛛丝氨基酸组成 　　2.2形态结构 　　将一束虎纹捕鸟蛛丝通过导电胶粘在试样台上，经喷金处理后采用日立S-4700型扫描电子显微镜观察其纵向形态结构，图3的扫描电镜图表明，虎纹捕鸟蛛丝表面较光滑，经图像处理软件计算得到的纤维平均直径为（146±20）nm，而络新妇蛛丝的平均直径为7μm～9μm[2]，大腹园蛛丝（见图4）也要5μm左右。虎纹捕鸟蛛丝是所有研究的蜘蛛丝中直径最小的纳米级丝纤维。 　　图3虎纹捕鸟蛛丝纵向形态图4大腹园蛛丝纵向形态 　　3虎纹捕鸟蛛丝的性能 　　3.1力学性能 　　采用美国Agilent公司的UTM动态纳米拉伸仪对一束虎纹捕鸟蛛丝进行拉伸测试，夹距为1cm，[3]测试结果如表2所示，虎纹捕鸟蛛丝的力学性能随着所测丝纤维束的直径不同而呈现不规律的变化，其断裂强度平均在3.62MPa左右，与大腹园蛛丝（724MPa）相比差两个数量级，断裂伸长率也比大腹园蛛丝（34%）低。 　　表2虎纹捕鸟蛛丝的力学性能 　　3.2热稳定性 　　用美国PE公司的TG-DTA（PE-SⅡ）对虎纹捕鸟蛛丝粉末状试样进行