蛋白質 被 擠壓 通過 腺體 前 狹窄 的 管子 時 蛋白 分子鏈 才 會 因為 受到 高剪 切力 作用 而 排列成 液晶態 溶液 接觸 空氣 後 成為 蜘蛛絲 蜘蛛絲 裡面 呢 它 的 主要 一 個 強度 來源 呢 是 因為 它 裡面 有 晶體 有 結晶 結晶 的 東西 它 是 一些 原子 排列 很 規則 的 東西 那 如果 我們 要 研究到 原子級 結構 的話 目前 的 方式 除了 非常 非常 高解析度 的 電子 顯微鏡 之外 X 光 繞射 是 又 方便 又 好用 那 大家 都 在 用 的 一 個 方法 一 條 蜘蛛絲 上 擁有 兩 種 蛋白 奈米 晶體 一 種 是 排列 整齊 的 結晶β 另 一 種 是 不 規則 的 混亂 結晶 α 結構 鬆散 的 α 螺旋 能 增加 蜘蛛絲 的 彈性 堅硬 的 β結晶 則 讓 蜘蛛絲 更 強韌 兩 者 相互 纏繞 形成 堅硬 但 又 有 彈性 的 蜘蛛絲 蜘蛛絲 呢 自古以來 一直 都 是 人類 很 想要 利用 的 材料 在 生物 科技 還 沒有 非常 發達 之前 其實 人類 就 已經 開始 利用 蜘蛛絲 譬如說 一些 槍砲 在 它 的 瞄準器 上面 做 準線 之 用 而 老 祖先 們 則 是 觀察 蜘蛛網 來 預測 天氣 一般來說 早晨 看到 蜘蛛網 上 有 水滴 天 會 放 晴 當 天氣 好 時 日夜 溫差 就 會 變 大 遇到 冷 空氣 的 水蒸氣 就 附著 在 蛛網 上 變成 小 水滴 不只 人類 喜愛 蜘蛛絲 有 種 叫 黑枕藍鶲 的 鳥兒 會 在 林 中 尋找 蜘蛛網 並 來回 以 身體 衝撞 蛛網 藉 此 收集 蜘蛛絲 帶回 巢 中 利用 蜘蛛絲 的 黏性 黏附 樹枝 樹葉 讓 巢穴 更加 穩固 巢穴 上 可 見 的 白色 球狀 物體 就 是 牠們 蒐集 而 來 的 蜘蛛絲 蜘蛛絲蛋白 具有 生物 相容性 及 抗菌性 可 供 做 手術 縫合線 人工 韌帶 人工 皮膚 等 移植 材料 手術 需要 一些 縫合線 那 如果 像 蜘蛛絲 的 話 它 可以 非常 的 細 就 達到 足夠 的 強韌度 做出來 就 是 一 個 沒有 痕跡 的 手術 而且 你 也 不用 拆 線 因為 它 是 蛋白質 這麼 完美 的 纖維 我們 可以 透過 豢養 的 方式 大量 取得 蜘蛛絲 嗎 這 個 蜘蛛絲 太 難 太 難 去 獲得 了 我們 不可能 做 一 個 蜘蛛 農場 就 像 養 蠶 一樣 幾萬 隻 幾十萬 隻 養 在一起 去 抽絲 蜘蛛 是 捕食 者 如果說 你 大量 的 把 很多 蜘蛛 養 在 一 個 侷限 的 空間 的話 牠們 會 彼此 互相 吃來吃去 再 加上 牠 的 絲 並 不 多 所以 一直 都 沒有 辦法 能夠 成為 人類 一 個 拿去 人工 養殖 獲得 材料 的 一 種 動物 既然 蜘蛛 無法 像 蠶 一樣 飼養 取 絲 科學家 們 該 如何 以 人工 方式 仿製 蜘蛛絲 呢 楊正昌 教授 採用 近 幾 年 在 高分子 材料 上 被 普遍 運用 的 靜電 紡絲 技術 靜電 紡絲 的 方式 它 可以 把 毫克級 的 原料 把 它 做成 奈米級 的 細度 的 纖維 把 絲 取出來 之後 重新 熔解掉 去 模仿 說 如果說 原料 的 部分 生產 的 部分 如果 克服 的話 我們 可以 運用 這樣 的 方式 把 它 紡成 纖維 我們 基本 上 可以 還原 到 90% ~ 95% 以上 的 物性 所以 就 紡絲 的 製程 上面 來 講 是 克服 了 那 現在 反而 剩下 就 是 原料 端 要 取得 製造 蜘蛛絲 的 原料 其實 非常 困難 蜘蛛絲 被 蜘蛛 抽出來 的 時候 這 當中 到底 有 哪些 有 哪些 組成 的 要素 以致於 蜘蛛 牠 能夠 產生 這麼樣 堅韌 的 蜘蛛絲 比較 大 的 瓶頸 有 幾 個 第一 個 就 是 在 基因 的 層面 我們 還 不 太 了 解 這 個 基因 的 組成 是 怎麼樣 這 個 蜘蛛絲 的 基因 它 事實 上 有 很多 重複 序列 每 一 個 重複 序列 裡面 又 有 各式各樣 不同 的 功能 有的 負責 它 的 強度 彈性 韌度 就 每 部分 負責 不 一樣 的 東西 那 這些 做 不同 的 組成 比例 啊 還 有 重複 就 造成 蜘蛛絲 特有 的 特性 因為 重複 序列 你 把 它 放到 細胞 裡面 它 就 會 產生 重組 改變 它 的 順序 產生 不 是 我們 要 的 東西 或 它們 之間 產生 一些 糾纏 而 表現 的 不 好 所以 在 實驗室 都 就 只是 產生 小 分子 小 片段 而已 所以 科學家 們 也 嘗試 用 生物 工程 的 方法 來 產出 蜘蛛絲 比方說 用 大腸 桿菌 或者 是 說 用 發酵 工程 的 方式 以 酵母菌 的 方式 來 表現 那 個 蜘蛛 基因 的 蛋白質 把 蜘蛛 的 那 個 基因 種 在 羊 的 乳腺 上面 然後 透過 分泌 羊奶 的 過程 當中 去 從 羊奶 當中 去 把 蛋白質 分離出來 然後 當成 是 一 個 原料 可惜 目前 的 生產 方式 既 昂貴 而且 產量 十分 有限 我們 還 無法 成功 做出 像 蜘蛛絲 一樣 強韌 又 具有 各 種 功能性 的 纖維 蜘蛛絲 與 蠶絲 棉花 羊毛 都 是 造物者 賜予 我們 的 天然 好 纖維 以往 人們 利用 天然 纖維 來 製作 衣服 與 各 式 織品 雖然 天然 纖維 舒適 透氣 但是 仍 有 它 的 一些 缺點 我們 穿 在 身 上 的 衣服 有 很多 是 棉 做 的 那 它 的 觸感 本身 很 好 人 也 很 喜歡 但是 這樣 的 東西 我 經過 洗滌完 以後 的話 它 變 得 很 皺 就 是 變 得 很 難 看 很 難 處理 如果 我們 再 加進去 一些 聚脂 的話 就 是 我 聚脂 跟 棉 混 在一起 東西 以後 那 它 的 體性 的 話 就 相對 會 比較 好 所以 現代 的 紡織業 其實 就 是 仿生 科技 人工 纖維 就 是 用 人工 的 方法 製造出 類似 這些 纖維 或 強化 天然 纖維 的 仿生 科技 產品 人造 纖維 它 大部分 是 從 石化 工業 來 的 尼龍 的 話 是 最早 開發出來 早期 的話 是 用 在 女性 的 絲襪 上面 那 後來 逐漸 再 改進 有 尼龍 66 問世 隨著 工業 社會 的 演進 靠 天 吃飯 的 天然 纖維 產量 逐漸 減少 或者 生產 價格 過於 昂貴 由於 科技 的 快速 進步 人造 纖維 似乎 也 漸漸 取代 了 天然 纖維 科技 在 改進 它 慢慢 的話 也 可以 追上 這 個 天然 纖維 甚至 將來 說不定 什麼 時候 的 話 也 可以 達到 完全 取代 天然 纖維 的 可能性 存在 像 現在 我們 也 看到 有 發 熱衣 或是 吸濕 排汗 等等 那 個 在 天然 纖維 可能 效果 不 太 好 的 但是 在 我們 人造 纖維 這邊 來 的 時候 我們 把 它 功能 充分 發揮出來 比 天然 纖維 都 要 來 的 好 雖然 科學家 一時 還 無法 仿製出 蜘蛛絲 的 產品 但 蜘蛛絲 的 特質 卻 持續 地 啟發 科學家 的 想像 大家 所 知道 的 像 彈性 纖維 比方說 做 褲襪 或是 說 做 彈性 的 那 種 運動 襪 上面 的 那 種 萊卡 那 種 彈性 纖維 嗯 它 是 那 樣子 的 商品 的 五 到 十 倍 的 伸率 它 只有 擷取 這 特殊 功能 的 片段 然後 呢 用 基因 工程 的 方式 去 表現 它 然後 去 把 它 做成 纖維 產品 我 覺得 蜘蛛 的 這 個 結構 牠 提供 了 我們 很多 在 功能性 上面 跟 結構 方面 來 講 牠 提供 一 個 很 好 的 一 個 線索 而 蜘蛛絲 能 將 獵物 在 蜘蛛網 上 掙扎 時 約 70% 的 動能 轉化為 熱 的 形式 發散 針對 如此 高能量 吸收 的 特性 正 是 科學家 夢想 中 輕量化 防彈衣 的 材料 克維拉 纖維 是 杜邦 公司 生產出來 的 產品 號稱 它 比 鋼鐵 要 來 的 強 五 倍 左右 所以 它 因為 是 利用 它 強度 強 所以 我們 經過 製造 方法 製造成 梭織布 以後 它 只要 它 層數 夠 的 時候 就 可以 把 子彈 擋下來 要 先 讓 子彈 能夠 變形 鈍化掉 接著 讓 它 碎掉 最後 我 是 利用 我 的 這 個 防彈 的 材質 破壞 那 把 這些 子彈 的 能量 吸收掉 把 高分子 的 防彈 材料 的話 跟 金屬 材料 的 話 結合 在一起 那 都 是 為 了 減輕 它 的 重量 那 可以 達到 它 的 抗 彈性 除了 可以 吸收 子彈 能量 達到 防彈 功能 之外 克維拉 纖維 的 高強度 還可以 達到 抗刃 防火 的 功能 除了 工作 手套 外 應用 在 汽車 輪胎 上 可以 大大 降低 輪胎 劃破 的 比例 私人 轎車 裡面 的 話 已經 把 這些 克維拉 或 其他 的 防彈 材料 做成 了 版材 放 在 裡面 有 很多 的話 也 把 做 複合化 的 這 種 也 是 把 高分子 的 防彈 材料 的話 跟 金屬 材料 的 話 結合 在一起 那 都 是 為 了 減輕 它 重量 那 可以 達到 它 的 抗 彈性 像 杜邦 的 克維拉 纖維 是 一 種 防彈 用 的 那 個 纖維 即使 到 目前 來 講 它 吸收 能量 的 能力 就是說 我們 破壞 這 個 纖維 所 需要 的 能量 大概 也 只 有 蜘蛛 纖維 的 三分之一 到 十分之一 所以 從 仿生 的 觀點 牠 實在 還是 提供 了 我們 很多 可以 學習 跟去 達到 牠們 那樣 境界 的 目標 不要 小看 一 條 一 根 細細 的 紗線 其實 它 還是 有 很多 的 學問 在 裡面 科學家 們 透過 許多 生物 得到 研發 的 靈感 有些 相當 成功 有 些 還 需 努力 這 都 是 科學家 跟 這些 科技 學者 目前 的 一 個 理想 但是 我 相信 過 個 幾十 年 這些 理想 應該 是 有 辦法 實現 生命 科學 不 只 是 逆向 工程 如果 規則 與 零件 是 對 的話 我們 就 可以 把 它 重新 兜 在一起 用 它 的 規則 去 證明 生命 是 這樣 運作 的 不 只 是 仿生 能 利用 生物 的 規則 創造 一些 自然界 不 存在 或者 是 比 自然界 更 好 的 東西 看完 了 這 集 你 還 會 對 其貌不揚 的 蜘蛛絲 感到 厭煩 噁心 嗎 牠們 可是 會 一直 掛 在 樹梢 與 屋角 吸引 著 科學家 們 前仆後繼 的 去 破解 牠們 的 種種 祕密 藉以 改善 你我 未來 的 生活 陸地 上 的 人類 看到 鳥兒 在 天空 中 飛翔 多 想 可以 長出 翅膀 離開 地面 飛行 一直 是 人類 恆久 的 夢想 而 人類 的 身體 設計 就是 適合 在 陸地 上 生活 若 想要 在 天 上 或 海 裡 行動 就 只得 向 其他 生物 學習 因此 我們 開始 有 了 學 鳥 飛 學 魚 游 的 想法 剛 開始 人類 一味 的 模仿 鳥類 來 製造 飛行器 也 就是 所謂 的 拍翼 飛行 其實 光 是 模仿 拍動 翅膀 是 無法 成功 離開 地面 的 西元 1903年 萊特 兄弟 一 開始 也 是 使用 拍翼 飛行 最後 他們 推翻 了 這 個 模式 製造出 了 固定 翼 飛機 才 實現 了 人類