钢材杨氏模量一览表

文｜张尹

编辑｜海若镜

西南大学家蚕基因组国家重点实验室王翊团队在蚕丝及蛛丝研究开发方面有深厚的积淀，于今年年初在Nature Communication上发布了全球首张蛛丝形成机制分子细胞图谱。36氪获悉，由王翊团队创立的转基因家蚕蜘蛛丝制造公司「缙绣生物」，即将启动第一轮融资。本轮募集资金主要用于第一代高韧丝的规模化生产、下游产品开发以及后续蚕种迭代。

蜘蛛丝是世界公认的天然高韧性材料，以其高韧性和高杨氏模量而闻名，其韧性是凯夫拉纤维的3倍，高级钢的25倍，碳纤维的6倍。业内研究发现，蜘蛛丝是一种核壳结构的半结晶生物纤维，其成分蛛丝蛋白除了头尾的两端氨基端和羧基端为非重复区域，控制着蛛丝纤维的形成，而中间的部分是可形成β-晶区的结构重复区域，起着交联点的作用从而增加韧性。而且蜘蛛丝内部的纳米原纤维组成类似渔网结构的形态，进一步增强丝的力学性能。下列研究数据表明，蜘蛛丝在韧性方面比其他天然纤维以及常见的人造纤维材料性能更优异。

左图：韧性值的定义。最大强度值（Stress）和最大伸长率（Strain）曲线的投影面积等于韧性（Toughness）。右图：通过投影面积可知，三种来自A.diadematus、N.edulis、L.hesperus的天然蜘蛛丝比凯夫拉纤维、尼龙66与蚕丝的韧性要高。下图：蜘蛛丝与其他材料的力学性能比较。

蜘蛛丝在国防军工、交通工具制造、轻便耐磨纺织品以及医疗器械等领域具有广泛应用。然而，蜘蛛具有同类相食的习性，无法以高密度养殖进行大规模生产。多年来，国内科研人员通过非蛛丝类蛋白、聚合物材料（如水凝胶、聚氨酯、纤维素）及其复合材料模拟天然蜘蛛丝物理结构来制备人造仿生丝，或者通过用底盘菌发酵生产蛛丝蛋白然后进行人工拉丝，以获得比天然纤维性能更高的丝线，但因成本或丝线品质稳定性等问题，至今均未见步入量产阶段。

蜘蛛具有最多7个种类的丝腺，分别产生性质不同蜘蛛丝蛋白，包括具有高韧性的大壶状腺蜘蛛蛋白质(major ampullate spider protein、MaSp)、具有高度伸长力的小壶状腺蜘蛛蛋白质(minor ampullate spider protein、MiSp)等。而家蚕丝蛋白的主要成分有丝素重链 (FibH) ，丝素轻链 (FibL) ，糖蛋白 (P25) ，丝胶蛋白 (Sericin) 等，其中FibH的分子量达350kDa，约占整个丝蛋白含量的70%以上，是决定蚕丝纤维机械性能的核心因素；而最外层包裹的丝胶蛋白含量将近30%，对丝芯起保护作用。

王翊团队创立的缙绣生物在蚕丝腺体启动蜘蛛丝基因与蚕丝基因的同源重组，首次将完整的蜘蛛丝蛋白编码序列替换蚕丝蛋白重链 (FibH) 编码序列，获得了第一代转基因家蚕蜘蛛丝，蛛丝韧性超过146 MJ/m3，达到了天然蜘蛛丝水平，并远远高于普通蚕丝韧性 (50 MJ/m3) 。值得一提的是，从转基因家蚕茧剥下的生丝是蛛-蚕混合丝，这是因为蜘蛛丝芯外包裹了一层来自家蚕的丝胶蛋白。如果将家蚕丝胶蛋白褪去，就能得到蛛丝蛋白含量几乎为100%的蜘蛛丝绵。

通过解析动物丝的成丝机理，缙绣生物团队发现丝纤维的应力和韧性分别由内聚能密度和平均单分子内聚能密度决定，这意味着可以从调整关键蛋白的聚能密度来培育比天然蛛丝更高性能的重组蛛丝。另一方面，数亿年的演化赋予了蜘蛛丝腺独特的泌丝和织网的能力，蜘蛛的丝腺在遗传组成和细胞结构上都与家蚕的丝腺不一样，将蚕丝腺体“蜘蛛化”改造也可能是未来蜘蛛丝性能进一步提高的研究方向。

以上两种方法，均可通过养殖转基因蚕进行规模化生产。而且，产蛛丝的家蚕的养殖与传统养蚕方式无异，生产成本一致。在现阶段，缙绣生物第一代蛛丝的性能品质稳定，不易老化，已可初步满足现代纺织、生物医学和国防军工等领域对高强度纤维的需求。

国外知名蜘蛛丝生产企业包括已在美国上市的Kraig Biocraft、Bolt Projects Holdings、日本的Spiber等企业均受到海外资本重点关注。以Spiber为例，公司以微生物作为生产工具发酵生产蛛丝蛋白质。不过由于Spiber的生产规模有限，利润目前仅限于小批量材料的销售以及业务合作伙伴支付的合同款。再加上公司对研发（R&D）的重视，这意味着结算持续出现亏损。尽管如此，公司雄厚的研发资金反映了以Spiber知识产权（IP）为核心的企业价值的稳定增长。据 Crunchbase 的数据，Spiber 共完成了 14 轮融资，其中包括日本纤维业巨头丰岛（Toyoshima）、凯雷、富达(Fidelity)、Baillie Gifford基金管理公司和淡马锡等投资方。近一轮Spiber的估值约为1350亿日元，约合66.18亿人民币。 目前，「缙绣生物」即将启动第一轮融资，欢迎感兴趣的投资人与公司取得联系（微信号：MorgenVCSIAT）。

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