蜘蛛絲的主要成分是蛋白質(zhì)，基本組成單元為氨基酸。蜘蛛絲約含17種氨基酸，各種氨基酸的含量因蜘蛛的種類不同而存在一定的差異。蜘蛛絲中有7種氨基酸含量占其總量的90％，分別為甘氨酸(42％)、丙氨酸(25％)、谷氨酸(10％)、亮氨酸(4％)、精氨酸(4％)、酪氨酸(93％)和絲氨酸(3％)[20]。蜘蛛絲中氨基酸的種類、含量以及在形成蛋白質(zhì)過(guò)程中的排列順序都會(huì)對(duì)蛛絲的性能造成影響，其中極性氨基酸的多少直接影響蛋白質(zhì)的學(xué)性質(zhì)和分子構(gòu)向結(jié)構(gòu)[21-22]。
1．2．2 蛋白質(zhì)分子
蜘蛛絲由大的絲朊蛋白分子構(gòu)成，不同類型蛛絲的氨基酸序列及其重復(fù)單元[23]有很大差異，且這些差異會(huì)導(dǎo)致纖維性能的不同[24]。蜘蛛絲共同的特點(diǎn)是含高度重復(fù)氨基酸基序組成的天然高聚物，分子量約200～300 kDa，富含丙氨酸和甘氨酸，它們的含量分別達(dá)到25％和42％，基本結(jié)構(gòu)為Gly—Pro—Gly—X～x(x為Ser，Gly，Tyr)，GIy～Gly—x，(A1a)5～12[25—2 71．蜘蛛絲的氨基酸主要都是由3個(gè)小側(cè)鏈氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸)所組成。其大側(cè)鏈氨基酸如脯氨酸和谷氨酸含量較高。由于小側(cè)鏈氨基酸易形成β折疊結(jié)構(gòu)形成結(jié)晶區(qū)，大側(cè)鏈氨基酸則易形成非結(jié)晶區(qū)，蜘蛛絲的晶體區(qū)約占10 9／6～15％，約為蠶絲的55％～60％，而非結(jié)晶區(qū)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蠶絲?？梢哉J(rèn)為蜘蛛絲具有良好的彈性主要是非結(jié)晶區(qū)的貢獻(xiàn)。
1．2．3 分子構(gòu)象
分子構(gòu)象對(duì)材料的性能具有很大的影響，不同的分子構(gòu)象將產(chǎn)生不同的性能[28]。蜘蛛絲的分子構(gòu)象[29]為β一折疊鏈，分子鏈沿著纖維軸線的方向呈反平行排列，相互間以氫鍵結(jié)合，形成曲折的柵片，其多肽鏈排列整齊、密集形成結(jié)晶區(qū)，柵片間為非結(jié)晶區(qū)，由于結(jié)晶區(qū)的多肽鏈分子間以氫鍵結(jié)合，因而分子間作用力很大，沿著纖維軸線方向排列的晶區(qū)結(jié)構(gòu)使纖維在外力作用時(shí)有較多的分子鏈能承受外力作用，使得蜘蛛絲具有高強(qiáng)度。蜘蛛絲非結(jié)晶區(qū)分子鏈呈13一轉(zhuǎn)角狀，當(dāng)受到拉伸時(shí)可能形成a一轉(zhuǎn)角螺旋，從而賦予蜘蛛絲良好的彈性。而沿著纖維軸線方向排列的晶態(tài)β一折疊鏈柵片可以看作具有多功能鉸鏈作用，在非結(jié)晶區(qū)域內(nèi)形成一個(gè)模量較高的薄殼，從而使蜘蛛絲具有較高模量和良好彈性。
1．2．4 形態(tài)結(jié)構(gòu)
從影響纖維物理機(jī)械性能的因素來(lái)看，除化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)外，形態(tài)結(jié)構(gòu)是影響纖維物理機(jī)械性能的決定性因素[30]。蜘蛛絲呈透明外觀，具有原纖化結(jié)構(gòu)和皮芯層結(jié)構(gòu)[31]。通過(guò)使用超倍電子顯微鏡觀察，其超分子結(jié)構(gòu)是由原纖絲組成，而原纖絲又由120nm微原纖組成，微原纖由蜘蛛絲蛋白構(gòu)成的高分子化合物組成。橫截面呈圓形或接近圓形，它是單絲，不需要絲膠來(lái)粘住兩根絲，表面沒(méi)有水溶性物質(zhì)，沒(méi)有絲膠，每根蜘蛛絲含有數(shù)十根細(xì)纖維，絲條之間空隙也較小，縱向形態(tài)有明顯的收縮。絲中央有一道凹縫痕跡，它在水中有較大的溶脹性截面會(huì)發(fā)生膨脹，而縱向則會(huì)發(fā)生明顯的收縮。
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