相信大家都曾看过《蜘蛛侠》系列电影，影片中主角凭借一根蛛丝飞荡在楼宇之间、用蛛丝徒手拦停地铁等一个个名场面令人印象深刻，无数观众在深受震撼的同时也开始对蜘蛛丝这种纤维材料充满了好奇。
虽是科幻电影，但电影中所展现的蜘蛛丝的这种“超凡魔力”却并不科幻。事实上，蜘蛛丝是目前人类已知复合性能最强的一种天然纤维材料，素有“生物钢”之称，兼具极高的强度和韧性，同时还具有优异的生物相容性和形状记忆性等，在纺织、家居、军工、航空、医药等众多领域拥有广泛应用前景。
▲图｜灵蛛科技创始人、CTO 王博祥（来源：受访者）
“蛛丝其实是一种高分子蛋白纤维，其主要成分蛛丝蛋白是一类具有结构功能多样化和自组装能力的天然高分子蛋白质，受到蜘蛛丝的卓越性能的启发，我们创立了灵蛛科技，希望把这种生物基纤维实现规模量产并推向市场，让更多人用上这种好材料。”深圳市灵蛛科技有限公司（简称灵蛛科技）联合创始人、CTO王博祥告诉生辉SynBio。
灵蛛科技成立于 2019 年，由王博祥、梁青等联合创立，是一家以合成生物学为基础设计和开发蛛丝蛋白和蛛丝纤维材料的生物材料公司，同时也是国内较早实现规模化量产蛛丝蛋白的企业。
王博祥毕业于武汉大学生命科学学院分子生物学专业，在合成生物学领域拥有十余年的研发经验，围绕蛛丝基因工程等方面已经发表 3 篇文献，获得及重点布局了 8 项专利。此前，他曾任职于华大基因研究院从事合成生物学领域的相关研究，还曾在蓝晶微生物担任合成生物学产品研发经理。
基于两条技术路径实现蛛丝纤维的量产
虽然蜘蛛丝已经被人们津津乐道了数十年，但至今仍尚未真正实现产业化。“作为一种兼具特种材料性能和生物材料活性的天然纤维，蛛丝需要被规模化量产并进入各行各业，让千家万户在日常生活中都能用得上。而蛛丝蛋白的量产是一种非常适合模块化、工程化，利用合成生物学技术来解决的技术难题。”他指出。
谈及创立灵蛛科技的初衷，王博祥表示，“2019 年，我遇到孟清教授（现为灵蛛科技首席科学家），从那时起开始接触蜘蛛丝这种材料，使用微生物发酵来生产蛛丝蛋白。而灵蛛科技的起源其实是我们在 iGEM 大赛中的“彩色蛛丝蛋白”（蜘蛛侠战衣）项目，该项目在当时获得 The Grand Prize 世界冠军大奖。时至今日，iGEM 大赛一直是灵蛛科技创新的引擎，也是我们技术的拓展和沉淀，iGEM 大赛与灵蛛科技的核心理念相契合，融入到我们以市场为导向的研发上。”他说道。
（来源：公司官网）
蛛丝与蚕丝有些类似，均是由蛋白质构成的一种生物基纤维，然而两者在性能方面有所不同，家蚕吐丝结茧为后期破茧化蝶，蚕丝材料性能需要维持 10 天左右，蜘蛛吐丝是为了捕食、繁衍等，其性能需要维持 1-3 个月的时间，所以综合性能更强。
事实上，一张蜘蛛网上含有多达6 种类型的蛛丝纤维和 1 种生物胶水。蛛丝纤维是一种兼具强度和韧性的天然纤维材料，比如，主壶腹腺丝的强度能够达到碳纤维的强度，可以与凯夫拉纤维相媲美，而鞭状腺丝的弹性与氨纶相当，是目前人类已经发现天然材料中韧性最强的材料。另外，蛛丝纤维由多种蛛丝蛋白质构成，具有生物活性的同时，也拥有一定的耐候性和抗菌性。
相较于早已走进千家万户的蚕丝，蛛丝大家虽然都听过、见过，但很少有人真正用过这种材料，其原因在于蛛丝蛋白的量产面临挑战。
“蜘蛛是掠食性动物，需要以活体昆虫为食，并且存在同类相食的特性，难以进行规模化养殖，另外蜘蛛网的蛛丝蛋白成分混杂，难以进行分离、纯化和加工，因此，需要借助合成生物学技术来量产蛛丝蛋白。”王博祥指出。
“然而，这也存在一些难题，常规方式是基于微生物（比如大肠杆菌、酵母菌等）进行工业发酵合成生产，但这种方式受到发酵蛋白大小的限制，通常 100 kDa 以下的蛋白质相对容易生产，大于 100 kDa 的蛋白质在产量和产率方面会明显下降。天然蛛丝蛋白大小通常在 300-700 kDa 之间，借助微生物发酵难以实现全长大小。”他补充说。
针对这些挑战，灵蛛科技围绕两条技术路径进行突破创新。“一条路径是通过微生物发酵生产重组的、经过设计的‘mini 蛛丝蛋白’，即将蛋白大小控制在 100 kDa 以下，在微生物体内表达出与天然蛛丝蛋白极为相近的功能丝蛋白，具有完整的蛛丝蛋白功能和生物活性。”他介绍道，“另一条路径是通过基因编辑家蚕生产天然的、完整的蛛丝蛋白纤维。其实家蚕自身就是一种天然的‘丝蛋白反应器’，非常适合生产大蛋白。”
“灵蛛科技是全球鲜有的同时布局‘微生物发酵和家蚕’两条技术路径的公司。一方面我们把蛛丝蛋白进行了‘模块化’，通过微生物发酵可以快速验证蛋白质的设计，实现高效迭代；另一方面通过家蚕量产经过设计和迭代的、完整大小的蛛丝蛋白纤维。”他表示，“实现两条技术路径的快速技术迭代，主要是依靠我们自主开发的蛛丝蛋白质设计平台。”
（来源：公司官网）
据介绍，围绕蛛丝材料开发，灵蛛科技目前已经构建了三个技术平台。
第一，蛛丝蛋白设计平台。“基于全球公开的蛛丝数据库，以及自己测得的蜘蛛基因组、转录组和蛛丝蛋白的原创数据库，我们已经开发出一个蛛丝蛋白设计平台，通过合成生物学，利用模块化的设计对蛛丝蛋白进行再设计与组合。”王博祥介绍道。
第二，发酵与材料应用平台。通过菌株改造进行蛋白质表达系统的设计，并将蛋白应用于纺织等不同场景。
第三，基因编辑家蚕平台。将家蚕作为一种“底盘生物”，通过基因编辑让家蚕也能生产蜘蛛丝，按照不同的功能需求生产不同种类的蛛丝蛋白。
“以家蚕平台为例，我们目前已经开发出了多种家蚕品系，有一种实验室家蚕品系的蛛丝纤维，其强度达到天然蚕丝的 2.16 倍、韧性达到天然蚕丝的 3.3 倍。现阶段，我们有3 个实验室家蚕品系正在向产业端量产过渡，预计今年第四季度完成转化。”他表示。
▲图｜灵蛛科技发酵重组蛛丝蛋白再生纤维（来源：受访者）
产品方面，灵蛛科技基于发酵平台已经开发和量产出一种名为灵丝（LINK Silk™）的蛛丝再生纤维。“这种蛛丝纤维的强度能够与尼龙相媲美，并且由于它是以蛛丝蛋白为基础的生物纤维材料，还具有一定的生物活性。针对这种蛛丝纤维材料，我们预计今年年中将会有吨级的产出，用于运动、商务、休闲服装、时尚面料等。”他表示。
依托国内发酵和养蚕纺丝产业更具成本优势
市场层面，据市场调研机构 InsightAce Analytic 发布的一份报告称，2023 年全球蛛丝蛋白市场规模约为 25 亿美元，预计到 2031 年将增长至94.9 亿美元，复合年均增长率达 18.29%。
“围绕蛛丝材料，我们短期主要面向农蚕业生产服装面料的替代、绿色可持续新材料的消费领域；中长期定位在高性能特种材料，主要面向医疗、军工、航空等领域。”王博祥表示。
“如今，全球服饰产业都在积极探索和尝试新材料，业界对于绿色、环保、高性能、可持续的生物基纤维材料的需求越来越大，这对于灵蛛科技而言是一个很好的契机。”他说道，比如，去年在法国巴黎服装及面料展览会（Première Vision）上，灵蛛科技生产的蛛丝纤维获得“最佳创新新材料”奖。
▲图｜灵蛛科技重组蛛丝再生纤维与基因编辑蚕吐蛛丝纤维样品（来源：受访者）
“就现阶段而言，国内生物基纤维材料领域还是一片蓝海，各家企业都在不同材料方向上进行探索，正处于一种百花齐放的状态。若要将蛛丝纤维转变为一种消费级的生物纤维材料，底层逻辑在于性价比，即市场需要的是高性能且低价格的蛛丝纤维。”他表示，“因此，围绕未来的竞争，我们的思路是在更低成本下生产更高性能的蛛丝纤维材料，让千家万户都能用得起、用得上。与此同时，我们在今后也将会针对蛛丝纤维进行迭代升级，围绕蛛丝蛋白在医疗、军工、国防、航天等领域开展更多探索。”
“经过四年的研发和实践，灵蛛科技蛛丝蛋白产量从最初的 100 mg/L 到现阶段的 10 g/L 以上，目前已经实现了工业规模，3000 L 发酵的收率能够稳定在15 g/L以上，目前正在突破20 g/L收率大关。值得一提的是，近期我们通过菌株优化和发酵条件迭代调优，在中试规模中我们已经突破了30 g/L的蛋白收率。”王博祥介绍道。
产业方面，“就国内而言，目前围绕‘发酵蛛丝’领域主要是一些高校研究机构在开展相关研究，国外有多家蛛丝纤维生产企业，比如美国的 Bolt Threads、Kraig Biocraft，日本的 Spiber 等公司。合成生物学讲究技术迭代，比如微生物发酵，相较于海外企业，虽然灵蛛科技起步相对较晚，但一进入这个赛道就达到了国际领先水准。”他说道。
“纵观全球，国内工业发酵产业在产能、效率、成本等多个方面具有优势，国内工业纺丝产业也处于领先地位，依托国内发酵工业以及养蚕、纺丝产业等的规模优势，我们能够与上下游企业快速接洽，实现技术快速迭代。简言之，灵蛛的优势主要在于快速基于客户需求对蛛丝蛋白研发迭代和依托国内具备完整的工业体系链条进行放大生产，比国际同行企业在产品迭代速度、成本控制方面更具竞争力。”他解释道。
“我们生产的蛛丝纤维的价格仅为国际企业的十分之一左右，相同性能价格更具优势。另外，我们在今年年中达到吨级产出的蛛丝纤维，其价格有望仅为高端蚕丝的四分之一左右，量产后我们还会将这些蛛丝纤维加工成纱线、布料、服饰等。”他补充说。
（来源：公司官网）
融资方面，据介绍，灵蛛科技去年 4 月完成天使轮融资。“目前，我们正在筹备数千万元的融资计划，资金主要用于公司团队规模扩充、家蚕品系的开发，以及发酵蛛丝蛋白和蛛丝纤维的生产等。我们希望能够在资本的加持下加速推进技术路径开发，用更先进的工艺量产高性价比的蛛丝纤维，在为市场带来更多生物基新材料的同时也不断践行双碳目标。”王博祥总结道。
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