蜘蛛絲是一種比蠶絲更為神奇的物質(zhì)。但由于人類暫時(shí)無(wú)法馴服蜘蛛，蜘蛛絲的工業(yè)化生產(chǎn)暫時(shí)只是一場(chǎng)夢(mèng)。而且，雖然現(xiàn)代生物科技有偷天換日的能力，它也無(wú)法讓除了蜘蛛之外的任何生物產(chǎn)生蜘蛛絲蛋白。
所以，工業(yè)蜘蛛絲的來(lái)源只能依賴“野生”蜘蛛了。量少不說(shuō)，而且這種“手工”式生產(chǎn)無(wú)法控制，也毫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。因此即便采集這些野生的蛛絲，其生產(chǎn)應(yīng)用也是個(gè)問(wèn)題。那么到底該如何使用這些與現(xiàn)代化生產(chǎn)手段不兼容的蜘蛛絲？
近日，一隊(duì)來(lái)自印度的研究人員聲稱找到了解決這一問(wèn)題的辦法。他們表示，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下，蜘蛛絲中的一種蛋白就可以放大激光的功率，讓激光獲得足夠的能力來(lái)切割或焊接蜘蛛絲。
這種手段背后的原理叫“非線性多光子吸收”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，此效應(yīng)可以讓兩個(gè)（或者多個(gè)）光子像一個(gè)光子一樣被物質(zhì)吸收，而這個(gè)“合光子”的能量為那兩個(gè)（或多個(gè)）光子各自能量的總和。它之所以是非線性的，是因?yàn)楹铣晒庾拥哪芰康扔诙喙庾庸鈴?qiáng)的平方和，而不可能是分?jǐn)?shù)或倍數(shù)。
此效應(yīng)對(duì)于只能吸收高能量光子，卻無(wú)法吸收低能量光子的材料（比如蜘蛛絲）來(lái)說(shuō)十分重要。因?yàn)樗梢詫?dǎo)致正常情況下會(huì)穿透材料的光可以有效地被材料吸收，讓材料分子躍遷至高能級(jí)狀態(tài)。在高能級(jí)狀態(tài)下，分子就可以出現(xiàn)熒光，化學(xué)鍵斷裂重組，或者持續(xù)吸收能量至融化等變化。
在蜘蛛絲上，研究人員使用了“飛秒激光”（即 10-15 秒長(zhǎng)度的激光照射），利用多光子吸收效應(yīng)把能量集中引導(dǎo)到一個(gè)指定的部位。他們之所以選擇飛秒，而不是更常見(jiàn)的“長(zhǎng)皮秒”（10-12 秒），是因?yàn)樵陲w秒激光的照射下，能量可以只存儲(chǔ)于蜘蛛絲上的目標(biāo)部位，而不會(huì)擴(kuò)散到其他部位而造成損傷。
在使用飛秒激光進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，研究人員們發(fā)現(xiàn)了數(shù)個(gè)波長(zhǎng)，可以讓蜘蛛絲實(shí)現(xiàn)雙倍，三倍，甚至四倍單個(gè)光子能量的多光子吸收效應(yīng)。其中，每平方厘米 80GW（千兆瓦）的功率是基線，任何低于這個(gè)功率的激光都無(wú)法產(chǎn)生任何效果。而每平方厘米300GW則是上線，在這個(gè)功率及以上，激光只會(huì)把蜘蛛絲切斷。當(dāng)然，這個(gè)功率的激光可以用于精準(zhǔn)的將蜘蛛絲切割到各種長(zhǎng)度。
至于處于這兩條線之間的激光，其功率則可以成功的讓蜘蛛絲半融化，體積稍微擴(kuò)大一圈；在照射偏離中心的位置時(shí)，還能讓蜘蛛絲進(jìn)行彎曲。通過(guò)對(duì)照射時(shí)間的控制，研究人員們可以精準(zhǔn)控制彎曲的具體度數(shù)。目前，他們已經(jīng)用蜘蛛絲成功做出了螺線管、彈簧、以及復(fù)雜的結(jié)扣。
圖 | 激光照射過(guò)的兩種蜘蛛絲結(jié)構(gòu)
更厲害的是控制蜘蛛絲的融化。當(dāng)蜘蛛絲在其他材料上融化并凝固后，這相當(dāng)于把它“焊接”到了那個(gè)材料上。通過(guò)這種手段，研究人員成功的把蜘蛛絲焊接到了金屬、玻璃、甚至凱夫拉纖維（美國(guó)杜邦公司研制的一種芳綸纖維材料產(chǎn)品的品牌名，可用于防火）上。壓力測(cè)試顯示，這種焊接的強(qiáng)度十分接近于蜘蛛絲本身的強(qiáng)度。研究人員們給一面小鏡子的四角焊上了蜘蛛絲，然后把蜘蛛絲焊在一個(gè)方框上，僅用這四根蜘蛛絲就把鏡子懸掛了起來(lái)。
精準(zhǔn)控制蜘蛛絲的技術(shù)用途十分廣泛。研究人員們表示，該技術(shù)能適用于多種生物材料，比如貝殼、外骨骼、以及毛發(fā)這些容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的材料。而這，則是人們接下來(lái)的研究課題了。不過(guò)，我們不能忽略蜘蛛絲商業(yè)化最基本的問(wèn)題：量產(chǎn)。我們至今還無(wú)法大量生產(chǎn)蜘蛛絲。