■胡金蓮從事仿生蜘蛛絲研究。 香港文匯報記者 攝【總導言】大自然的智慧，是推動科學與文明進步的靈感泉源。鳥兒在天空飛翔、爬蟲類的環境適應力、昆蟲和植物身上的特異現象，生物的奧妙技能深深吸引着人類，費盡心思加以模仿；透過拆解當中的科學原理，開發創新技術重現相關功能並進而解決問題，正正就是仿生學（Bionics, Biomimetics）的核心。
香港文匯報今日起推出系列報道，展示本港科學家如何將仿生學結合新型材料、微型機械人及醫療復康科技，研發突破性的新項目；以科學精神將生命億萬年的演化提煉昇華，重新創造出能貢獻人類大眾的成果。
動漫超級英雄蜘蛛俠除了身手了得，更有着一副精密頭腦，以科學知識設計出擁有多種特性，且堅韌無比的人造蛛絲，助其渡過無數難關，拯救大眾。現實中，蜘蛛絲也是讓無數科學家着迷的研究對象，只因它同時集輕、強、軟等優點於一身。城市大學學者胡金蓮近十年來致力從事仿生蜘蛛絲研究，模擬蛛絲高韌性、形狀記憶和水分收集能力等不同特點，未來期望能以產業化為目標，製作如防彈衣、降落傘等精良產品。 ■香港文匯報記者 姜嘉軒
「蜘蛛絲於材料來說，是個很好的模型，可以做出不同結構、性能，很多事情可以做」，城大生物醫學工程學系教授胡金蓮表示，天然蜘蛛絲的功能眾多，具備多樣性、超強韌性、超收縮性等神奇特質，看似簡單的一個蜘蛛網，其實已相當精妙，「蜘蛛網就像房子一樣，看起來沒什麼，但其實是由七種不同類型的蛛絲組成」，當中有些充當「樑柱」，韌性高、可拉伸，也有些易於變形、具備收集水的功能，「捕蟲後會令網變形走樣，但蜘蛛絲有形狀記憶效果，遇水可讓其恢復原狀。」
既然蜘蛛絲優點多多，那為何不直接採集使用？胡金蓮笑言蜘蛛是很「野」的動物，「牠們跟蠶不一樣，蠶食桑葉，而蜘蛛是吃肉的，甚至會互吃，無法飼養」，若說要野外採集，胡金蓮估計做一件衫隨時要用上數千個蜘蛛網，即使做到恐亦萬中無一，極其珍貴，因此讓仿生蜘蛛絲有了研究價值。
胡金蓮研究仿生蜘蛛絲約有十年，其工作涵蓋不同方面，「從（製造）方法上，有用化學合成聚合物方法，也有用到生物方法，透過基因工程讓細胞產生蜘蛛絲蛋白及纖維；從性能上而言，我們主要研究其韌性、形狀記憶和水分收集能力」，其中較近期發表的「全絲蛋白基人造絲」，集水效率是人造尼龍100倍，可望用於戶外例如沙漠收集水分（見另稿）。
專研紡織材料的胡金蓮憶述，過去探索形狀記憶物料的經歷，是她發現蛛絲魅力的契機，「最初我們是做形狀記憶的智能材料，在指定溫度下可變形，而這個變形是可逆的，能恢復原狀的」，後來成功找到了蜘蛛絲。去年她的團隊便受到蜘蛛絲遇水後的超收縮現象啟發，首次就仿生蜘蛛絲的濕度形狀記憶特性建立了理論結構模型，更發現其形狀回復比率達98.5%，較傳統的高分子智能材料更高。
另外，胡金蓮的團隊去年也曾成功製造出韌度達到387 MJ/m3的仿生合成纖維，比天然蜘蛛絲（180 MJ/m3）強韌兩倍多，充分反映其優勢力學性能。
輕巧堅韌保護強
事實上，針對蜘蛛絲兼具輕巧和堅韌特性，作為衣服物料將可提供強大的保護能力，「據說英女皇曾有一雙蜘蛛絲手套，那當然可以防割手；以往亦曾有傳聞，有人因穿了蜘蛛絲背心保住一命，中槍後生還」，胡金蓮指，以仿生蜘蛛絲造防彈衣，是很多人希望可以達成的目標，「因它本身會有很多特別要求，需要真正高性能的材料」；另一方面，內地亦有機構找她製作降落傘的材料，足見箇中價值。