生物基蛋白質人造纖維-以科技創造友善環境

前言

蛋白質人造纖維是由再生的天然蛋白為原料製成，早在1935年義大利科學家既嚐試從牛乳中萃取乳酪素，並用以製成羊毛。爾後其他國家的科學家也分別從大豆和花生的蛋白中成功的萃取出人造纖維。然而，因實用性和生產技術皆未成熟，因此產量極少，無法普及使用。時至今日，在許多科學家相繼努力之下，蛋白質人造纖維的研發已接近成熟的階段，並已有民間企業開始量產，也為人類對抗極端氣候添加了一支生力軍。

蛋白質人造纖維的特性與用途

雖在1930年代即有科學家從牛奶、大豆和玉米等植物中成功的萃取出蛋白質人造纖維，但後續因聚酯纖維和眾多合成纖維相繼問世，在價格與實用性能各方面都遠勝於蛋白質人造纖維的情況下，蛋白質人造纖維的生產與研發也就相繼停止。

由於合成纖維大量的運用在紡織業，且紡織品從材料、製程、消費到廢棄，每個階段都會釋放大量的溫室氣體，在淨零碳排的壓力下，各國的研究機構也積極的找尋可以取代塑膠或尼龍等高汙染源的材料。而蛋白質人造纖維正好符合這項要求，因為蛋白質人造纖維具有可自然分解的特性，是一種對環境非常友善的纖維材料。而目前全球人造蛋白絲纖維的研究方向，即是朝人造蠶絲和人造蜘蛛絲這兩個方向發展。

而蛋白質人造纖維可運用的層面非常廣泛，可作為紡織纖維、航太複合材料、防彈背心、醫療材料、人工眼角膜等，對於人類生活上的助益相當廣泛。而其中人造蜘蛛絲更是目前的新寵，因為人造蜘蛛絲纖維兼具了良好的強度、硬度、韌性和延展性等諸多優點，並具有耐寒的特性，能在攝氏零下40度仍維持原本的強度和韌性，所以是目前全球蛋白質人造纖維研究室的主要研究對象。

蛋白質人造纖維的研究機構

目前國際間投入人造蜘蛛絲研究的機構並不多，而各研究機構所生產的蜘蛛絲也各有不同的用途，本文以下對幾家專門研究人造蜘蛛絲的實驗室或企業進行簡介：

1. AMSilk：是一家位於德國生產蜘蛛絲蛋白的公司，創辦於2014年。於2015年開始生產生物鋼纖維(AMSilkBiosteel®)，此種纖維可以回收再利用，且100%可自然分解，不含任何石化材料，除了可用於製造紡織品外，另可用於軍事(防彈衣)、航空或汽車零件等。另於2019年與德國拜羅伊特大學(UniversitätBayreuth)進行產學合作獲得蜘蛛絲蛋白的紡織技術，並利用此項技術與Adidas合作推出蜘蛛絲慢跑鞋。

2. Spiber：是一家位於日本的生物基纖維開發公司，該公司的主要工法是利用基因工程菌和大腸桿菌，讓蜘蛛絲蛋白進行發酵後，再從中萃取出人造蜘蛛絲。該公司曾與TheNorthFace和Goldwin兩家公司合作，於2019年推出蜘蛛絲羽絨夾克，而該產品的碳排放量大約只有一般動物纖維的20%。並於2021年在泰國成立量産基地，主要的目的即培養製作人造蜘蛛絲的原料，並預計於2023年與美國ArcherDanielsMidlandCompany合作，未來將朝向大量生產人造蜘蛛絲的方向發展，並擴展事業到訂製高級服飾的市場。此外，該公司所發展的BrewedProteinTM是以甘蔗、玉米或是以纖維素糖化後產生的糖製成，為100%的蛋白質材料。2022年於泰國設立工廠，預計每年可生產百噸以上的蛋白質纖維原料。

3. RandyLewis實驗室：位於美國猶他州立大學，由RandyLewis教授領導專門研究蜘蛛絲蛋白的實驗室。該實驗室主要是將蜘蛛基因移轉至山羊體內，在採集羊奶後，從羊奶中萃取出蜘蛛絲蛋白並製成蜘蛛絲。其研究結果主要是運用於醫學領域，例如外科手術用的縫合線、人工韌帶和人工眼角膜等。

4. KraigBiolabs：位於美國印第安那州的Kriag實驗室，主要的研究方法是將蜘蛛的基因轉移至蠶的體內。由於蜘蛛會以昆蟲或其他蜘蛛(包括同類)作為食物，因此無法像蠶可以群體飼養。而該實驗室的主要目的是希望能藉由基因轉移後的蠶，吐出具有蜘蛛絲成分的蠶絲。目前實驗結果已獲得初步的成功。經檢測，吐出的蠶絲中約含有35.2%的蜘蛛絲成分，強度和硬度皆較原本的蠶絲優良。

結論

合成纖維因含有石化材料的成分，除了無法自然分解外，在洗滌或磨損的過程中都會釋放出塑膠微粒，並對環境造成破壞。為了環境永續，期待生物基蛋白質人造纖維的技術能夠更成熟，也能夠大量生產並取代目前廣泛使用的合成纖維。惟目前蛋白質人造纖維的生產成本仍然太高，若要能普及化並為大眾使用，必須要大量的降低生產成本，若只能生產昂貴的布料，恐失去對環境友善的實質意義。