仿生装置首次“吐出”千米人造蛛丝

2017-1-11 10:14:18

来源:科技日报  选稿:顾天娇 

  人工制造出蜘蛛丝一直是很多科学家的梦想。现在,瑞典科学家设计出一种模拟蜘蛛吐丝过程的仿生学吐丝装置,并利用它制造出与蜘蛛丝相似的千米长人造蛛丝纤维。相关研究发表在最新一期《自然·化学生物学》杂志上。

  自然界的蜘蛛丝是一种极具吸引力的物质,它体轻质坚,能生物降解。此外,研究显示,蜘蛛丝是一种天然的超级透镜,可有效帮助常规光学显微镜突破“视力”极限,在军事、建筑等领域有广阔应用前景。但天然蜘蛛丝产量很低,且蜘蛛有同类相食的特性,无法像家蚕一样高密度养殖。如此一来,模仿蜘蛛吐丝过程可能是制造出高仿真人造蛛丝的最好方式。但由于很难从细菌和其他生产系统获取水溶性蜘蛛丝蛋白,迄今科学家仍无法做到这一点。

  蜘蛛丝由蛋白制成,这些蛋白作为一种水溶液被存储在丝腺内,然后通过蜘蛛吐丝过程成为一种纤维。来自瑞典农业科学大学和卡罗林斯卡学院的研究人员此前已经证明,蜘蛛丝腺的pH值过渡明显,这一井然有序的pH梯度影响了蜘蛛丝蛋白的特定部分,且确保纤维在蜘蛛的丝生成器官特定部位快速形成。

  研究人员借助这一知识设计出了一种人造蜘蛛丝蛋白,其能在细菌内大量制造,因此有望用于工业生产。研究负责人安娜·瑞星说:“使我们惊奇的是,这种人造蛋白与天然蜘蛛丝蛋白拥有同样的水溶性。”为了模拟蜘蛛丝腺,安娜团队建造了一种简单但非常高效的仿生学吐丝装置,只需降低pH值,其就能吐出千米长的仿蜘蛛丝纤维。

  安娜·瑞星说:“这是首个成功的仿生学蜘蛛吐丝例子。未来,科学家们或许可以借助这一过程,实现人造蜘蛛丝的工业生产,得到的蛛丝纤维可广泛用于生物材料、纺织等领域。”

  总编辑圈点

  蜘蛛丝是人们垂涎上百年的特种材料,如果我们能廉价仿造,手腕粗的钢缆将被小指头粗细的蛋白质绳索取代,防弹服会像衬衣一样轻。但在瑞典科学家研究透彻蜘蛛腺体之前,人类笨得造不出来与蛛网相媲美的纤维。非得至精至微,才能至大至深。在有趣的小问题上多用点心思,说不定就借此迈过了自然界的一个大坎儿呢。

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