全世界只有日本做出來》強度是鋼的4倍，竟還有彈性！未來生活最強材料「人造蜘蛛絲」

本文由日經BP社提供

蜘蛛絲輕且結實，還富有伸縮性，有著「最強材料」之稱。日本一家風險企業正在挑戰用人工方法製造蛛絲。這種人造蛛絲一旦實現，到目前為止依賴石油的工業製品的開發有可能大為改觀。

正義的英雄「蜘蛛人」從手腕吐出蜘蛛絲，在大廈間閃轉騰挪，追擊敵人。蜘蛛絲不僅伸縮自如，而且蜘蛛人掛在上面也不會發生斷裂——這種過去只存在於電影和動畫片中，如今距離現實世界已經僅一步之遙了。

著手研發「人造蛛絲」的公司，是畢業於慶應義塾大學的兩位年輕人在2007年成立的風險企業——Spiber（總部：山形縣鶴岡市）。公司名稱也取自“Spider（蜘蛛）”和“Fiber（纖維）”組成。

該公司開發的人造蛛絲，現在成為了日本國內外關注的焦點。如果成功產品化，將會對提高產品性能產生巨大影響。根據該公司的估算，人造蛛絲在未來有可能創造出規模達到1兆日元以上的市場。

人造蛛絲的特點是同時具備「鋼鐵4倍的強度」和「高於尼龍的伸縮性」。一般提到蜘蛛絲，因為用手可以簡單扯斷，所以很難想像其強度會有鋼鐵的4倍。不過，考慮到直徑幾微米的蛛絲支撐著蜘蛛的身體，蛛絲所具有高強度特性也就令人信服了。據稱，只要能夠人工製造出這樣的絲線，現行材料中的「最強新材料」也就將隨之誕生。

發揮人造蛛絲的特長，可以廣泛提高產品的性能。比如說在人車相撞時，能將傷情控制在最低限度的汽車車身，材料的伸縮性將吸收走衝撞時產生的衝擊；借助高強度，還可以開發出表面不易磨損的輪胎；用人造蛛絲取代著名的汽車輕量化材料——碳纖維，在理論上還可以製造出比以往輕得多的汽車。

順便一提，該公司開發的不只是絲線，還包括與蜘蛛絲具備相同性質的塑膠。用途很可能擴大到汽車領域之外。例如兒童和老年人也能輕鬆移動的書桌、衣櫥等家具，在地震中不易破損的建築資材，還有不易勾絲的長筒絲襪等。

人造蛛絲將拯救資源匱乏的日本？

人造蛛絲之所以受到關注，並不只是因為對產品的影響。作為拯救資源匱乏的日本的技術，以日本為中心，人造蛛絲被寄予了厚望。

前面例舉的汽車、書桌、長筒絲襪等，現在都是使用樹脂、尼龍等來源於石油的材料製造。其實，人造蛛絲的原料不是石油，而是與真正的蜘蛛絲一樣的蛋白質。如果人造蛛絲可以取代來源於石油的材料，日本的眾多製造商將會大大受益。一是可以減少石油使用量。另一個益處，則是可以降低工業產品的製造成本、運輸成本受石油價格擺布的風險。

「不僅能彌補化石燃料資源匱乏的日本的弱勢，還能發揮出擅長功能性樹脂等材料技術的日本的優勢」（Spiber的創始人、董事兼代表執行董事關山和秀）。新材料的開發有可能從根本上扭轉日本在世界的地位。

這裡有一個簡單的問題：蛛絲既然如此受到關注，其他研究機構和風險企業是不是也在開發？是的，世界各地的研究機構和企業其實都在積極開發人造蛛絲。但是在Spiber成功之前，還沒有誰生產出來蛛絲過。

原因有幾個。一個是蜘蛛不像家蠶，很難馴化家養。如果無需在工廠人工生產，能利用蜘蛛產絲的話，那是再好不過的事情。但蜘蛛的領地意識強，不能養在一起。雖然可以逐一分開飼養，但生產效率太低。就算實現了馴化家養，生物生產的絲線也存在品質參差不齊，無法使用的問題。

其次，世界各地研究的方法，都是人工製作生產蜘蛛絲的基因。將該基因嵌入微生物體內，在微生物每次繁殖的時候，作為蜘蛛絲原料的蛋白質隨之增加。這種方法雖然利用了微生物「繁殖快」的特長，但也存在難點——生產蛛絲材料的基因在微生物的繁殖階段容易被破壞。

世界各地的科學家反覆嘗試，始終未能開發出人造蛛絲。以至於在相關人員之中，「蛛絲不能人工生產」的觀點逐漸成了定論。

在這種情況下，只有Spiber的創始人與眾不同。「管他什麼常識。一定有路可走」。當時還在慶應義塾大學上學的關山，通過在酒桌上與朋友討論「最強的生物是什麼」，想到了開發人造蛛絲。雖然周圍人強烈反對，認為「不可能成功」，但關山並不在乎。

創業者關山和秀使人造蛛絲量產化，力爭創造不依賴石油的社會

可蛋白質畢竟不是自己所學專業。開發完全依靠摸索試錯。考慮到生產效率，使用微生物的做法比較穩妥。按照這個想法，關山反覆進行了實驗，但都以失敗告終。在實驗過程中，「雖然不能詳談，但發現了基因排列、蛋白質分子排列、適合製造蛛絲材料的特殊微生物的組合等方法（關山）」。這一發現，為培養作為蛛絲原料的蛋白質打開了突破口。

不過，不建立起使用原料製造絲線的量產工藝，人造蛛絲就不能作為產品的材料。在這個階段，關山也遇到了障礙。

自由掌控強度和伸縮性

作為蛛絲原料的蛋白質稱為「絲心蛋白」。培養微生物單獨提取絲心蛋白，製成粉末後溶解在溶劑中，就製成了絲線的原料。然後只需像化學纖維一樣紡絲即可。

其中最大的難題，是沒有適合溶解絲心蛋白的溶劑。通過反覆嘗試，關山雖然發現了能用的溶劑，但缺點是對人體的毒性強。這會令工廠的工人置身於危險環境之中。

在這裡，關山「不畏常識的力量」也得到了發揮。在嘗試使用一般不用來溶解蛋白質，而主要用於其他用途的溶劑時，關山成功地發現，絲心蛋白充分溶解了。發現該溶劑後，開發一舉步入正軌。

這樣製成的人造蛛絲被稱為“QMONOS”。現在，研究工作在確立生產工藝的基礎上更進一步，「發現了通過調整基因排列，可以自由調節強度和伸縮性的材料性質（關山）」。也就是說，按照汽車部件和家具廠商的要求調整強度和伸縮性能成為了可能。

大量生產體制也在逐步完善。與汽車零件廠商小島沖壓工業合作建設的試產線將於2015年5月底投產。產能按照5月份的情況換算成年度產量，約為1噸。今後將增加到年產20噸。產能增加，就可以更多地為有意採用人造蛛絲的廠商提供樣品的種類和數量。有望加快開發速度，距離在產品中實際使用更進了一步。

關山表示，之所以選擇人造蛛絲作為研發主題，源自高中一年級時的想法「希望解決世界性重大課題」。當時雖然還沒有人造蛛絲的設想，但關山認為，「只要能解決能源問題、環境問題、糧食問題中的任何一個，世界就會變得更美好」。

今後，倘若QMONOS能大量生產，日本依賴石油的現狀將大為改觀。關山認真地說道：「如果由此能減少世界上因爭奪能源而爆發的戰爭，那就太令人高興了」。（記者：松浦龍夫，《日經商務週刊》