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人人都是蜘蛛侠!“人造蜘蛛丝”研发取得重大进展,或将掀起全球纺织业的新革命

记者
华丽志LUXE.Co
发布日期
today 2016年7月7日
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蜘蛛丝的卓越性能总是让人啧啧称奇:它的抗拉强度可以和钢铁相提并论,却轻得多,而拉伸性能堪比橡皮筋,它比 Kevlar(凯夫拉,一种高强度的人造纤维)更加坚韧。如果蜘蛛侠手腕里射出的是真的蜘蛛丝,那么他在《蜘蛛侠 2》中拉住火车的壮举是完全可能实现的。也正因如此,许多科学家都试图制作人造蛛丝。





新材料市场的大热门

据美国网站 QUARTZ 报道,在经过了多年的努力、尝试和失败后,有一些公司已经渐渐找到了头绪。其中,在竞争中处于领先位置有两家公司:日本的 Spiber 公司和总部位于加州的 Bolt Threads 公司。Bolt Threads 认为他们已经取得了先机,而人造蜘蛛网只是他们迈出的第一步。

Bolt Threads 的首席市场官 Sue Levin 说道:“我们的从蜘蛛身上获取了灵感,制造了蛋白质纤维,而自然界还有着许多其他动物,可以给与我们无限的可能性。”蜘蛛通过在腹部的腺体生成蜘蛛丝,并使用一种名为“喷丝头”的器官将蛛丝排出体外。有些蜘蛛最多可以喷出7种不同的蛛丝,每种都具有不同的用途和属性。不过由于蜘蛛会互相攻击,吃掉同类,因此无法像蚕丝一样通过养殖大量生产。





Bolt Threads 并没有使用蜘蛛来生产蛛丝。他们的人造蜘蛛丝的主要成分是转基因酵母,水和糖。制作过程和啤酒有点类似,生丝在发酵过程中被酵母转化成人造蛛丝,就像酿制啤酒时将糖分转化为酒精一样。之后,Bolt Threads 会通过一种类似于制造 Lyocell(莱赛尔纤维) 的湿法纺丝工艺,将这些原料制作成丝线。Levin 表示,人造蛛丝和天然蜘蛛丝的分子构成基本相同,只有生化专家才能区分出两者之间的细微差别。

人造蜘蛛丝的应用领域非常广阔,包括汽车零件,医用设备,以及现在备受关注户外装备领域。Bolt Threads 表示他们已经融资500万美元,还和户外装备品牌 Patagonia 达成了合作协议。Patagonia 对他们的科技非常有信心。

Bolt Threads 和 Patagonia 都没有透露他们日前研发的产品的细节,但是 Patagonia 公司的材料创新总监 Matt Dwyer 表示,这个产品绝对是无与伦比的。他说道:“我认为他们已经掌握了人造蛛丝技术的精髓,这种新的蛛丝绝对能够颠覆人们的认知。”

新一轮纺织革命的起点





Bolt Threads 认为他们的发现,与化工巨头Dupont(杜邦) 1930年发明尼龙一样,会为纺织界带来一场影响深远的革命。尼龙由石油中的化学物质组成,是第一种真正的人造纤维。在尼龙出现之后,很多现在随处可见的人工合成材料才渐渐被运用在衣服中,包括涤纶、莱卡面料和凯夫拉纤维等,这些材料也造就了了现在的日益增长的高性能服装行业。

Levin 对杜邦的产品这样评价道:我们的材料和尼龙的基本构成结构非常相似,只不过我们产品的构成单元是蛋白质,而不是碳氢化合物。”这意味着 Bolt Threads 理论上可以模仿甚至改进自然界里的任意蛋白质纤维,例如羊毛。相比人造纤维,经过数千年演化的自然纤维不但可能更加坚韧,也可能更加舒适。

美国陆军纳提克士兵系统中心是一个为军队研究和开发产品的机构,来自那里的微生物化学专家 Steve Arcidiacono 表示,美国军队不仅密切关注着 Bolt Threads 公司的研究脚步,同时自己也在研究人造蜘蛛网。他表示:“通过基因工程,他们直接制作某种特定性能的纤维。”

他认为,理论上人们可以用蛋白质纤维来替代很多目前广泛使用的合成纤维,例如尼龙等。这对美国军方来说非常有吸引力。尼龙虽然十分坚韧,但是当温度过高时,尼龙并不会燃烧,而是直接融化,这很容易让士兵陷入困境。蛋白质纤维不会出现这样的情况,而且更轻更坚固。

人造蜘蛛丝现在面临的挑战主要包括:如何大量生产,以及研发合适的纺丝流程。Arcidiacono 相信,如果这些公司真的突破了这两大障碍,那么他们的产品不但将应用在目标领域之中,还会很快扩散到其他各个领域。

蛋白质纤维还有一个很大的优点:它们比石油衍生物要更加环保。和尼龙等来自于石油的人造纤维不同,所有蛋白质纤维都是可再生的,可以进行生物降解。Bolt Threads 表示,染色环节是整个生产过程中污染最严重的环节之一,而人造蛛丝在染色过程中用到的有毒化学物质也远少于传统面料生产过程。Levin 说道,他们以后将会提供完全无污染的固有原色丝物,完全跳过染色环节。同时,该公司还在研发新的生产方法,以进一步增加环保程度。




量产是难题

Bolt Threads的大多数竞争者都采用了一种完全不同的方法:使用转基因大肠杆菌来制造蛛丝。Spiber 也是其中之一,不过他们声称,根据所需要的基因序列不同,他们会使用不同的微生物。迄今为止,以自然界已经存在的微生物种类为基础,该公司已经合成了超过 600种原蛋白,但是在氨基酸的合成上还有一些受限之处。


Spiber 和 Goldwin 合作推出的蜘蛛丝外套



Spiber 已经和 Goldwin 合作推出了一款蜘蛛丝外套,Goldwin 是一家日本运动服饰品牌,还是 The North Face 的日本经销商。这款名为 Moon Parka 的户外冲锋衣,将以 The North Face 的名义,在明年限量出售。尽管定价相比成本已经偏低,但是价格依然十分昂贵。这款外套的传统材料版价格约为 8万日元(约合人民币 5228元),有消息源向彭博社透露,人造蜘蛛丝版的定价将会高很多,但是出于人们的消费水平考虑,不会高于 12万日元(约合人民币 7843元)。

Spiber 公司面临的另一个挑战是如何扩大产量。公司的一位发言人宣称:“我们现在还在实验中,正在努力研究如何大量生产这种产品。” Spiber 公司在不久之后将会有更多的进展公布。

与此同时,尽管Bolt Threads目前尚未在市场上推出成品,但其蛛丝的产量已经能够达到以千克为单位的水平,并计划在今年晚些时候将生产规模扩大到以吨为单位。在接下来的 12到 18个月中,Bolt Threads 计划推出样品蛛丝,甚至实际的成品。Levin 表示,使用酵母较之使用大肠杆菌,成本更低。他们希望蜘蛛丝的成本可以和高档羊毛或者自然丝绸等高级面料持平。

这是人造蜘蛛丝所面临的最大挑战。只有价廉物美才能吸引更多的消费者。合成纤维可以调整价格,但是市场上还有很多价格更便宜的材料可供选择,而蜘蛛丝的表现能否配得上它的价格还是一个未知数。Levin 和 Dwyer 都在不断强调,他们不仅仅在考虑蛋白质纤维在明年的潜力,更放眼于它在未来十年的潜力。

 

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