蜘蛛絲是一種比蠶絲更為神奇的物質(zhì)。但由于人類暫時無法馴服蜘蛛，蜘蛛絲的工業(yè)化生產(chǎn)暫時只是一場夢。而且，雖然現(xiàn)代生物科技有偷天換日的能力，它也無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)蜘蛛絲的來源只能依賴“野生”蜘蛛了。量少不說，而且這種“手工”式生產(chǎn)無法控制，也毫無標準。因此即便采集這些野生的蛛絲，其生產(chǎn)應(yīng)用也是個問題。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，一隊來自印度的研究人員聲稱找到了解決這一問題的辦法。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”。簡單來說，此效應(yīng)可以讓兩個（或者多個）光子像一個光子一樣被物質(zhì)吸收，而這個“合光子”的能量為那兩個（或多個）光子各自能量的總和。它之所以是非線性的，是因為合成光子的能量等于多光子光強的平方和，而不可能是分數(shù)或倍數(shù)。
此效應(yīng)對于只能吸收高能量光子，卻無法吸收低能量光子的材料（比如蜘蛛絲）來說十分重要。因為它可以導(dǎo)致正常情況下會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狀態(tài)。在高能級狀態(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)到一個指定的部位。他們之所以選擇飛秒，而不是更常見的“長皮秒”（10-12 秒），是因為在飛秒激光的照射下，能量可以只存儲于蜘蛛絲上的目標部位，而不會擴散到其他部位而造成損傷。
在使用飛秒激光進行試驗時，研究人員們發(fā)現(xiàn)了數(shù)個波長，可以讓蜘蛛絲實現(xiàn)雙倍，三倍，甚至四倍單個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，任何低于這個功率的激光都無法產(chǎn)生任何效果。而每平方厘米300GW則是上線，在這個功率及以上，激光只會把蜘蛛絲切斷。當(dāng)然，這個功率的激光可以用于精準的將蜘蛛絲切割到各種長度。
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，體積稍微擴大一圈；在照射偏離中心的位置時，還能讓蜘蛛絲進行彎曲。通過對照射時間的控制，研究人員們可以精準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”到了那個材料上。通過這種手段，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。壓力測試顯示，這種焊接的強度十分接近于蜘蛛絲本身的強度。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方框上，僅用這四根蜘蛛絲就把鏡子懸掛了起來。
精準控制蜘蛛絲的技術(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)這些容易實現(xiàn)量產(chǎn)的材料。而這，則是人們接下來的研究課題了。不過，我們不能忽略蜘蛛絲商業(yè)化最基本的問題：量產(chǎn)。我們至今還無法大量生產(chǎn)蜘蛛絲。