蜘蛛丝以其强度、柔韧性和重量轻而闻名，其抗拉强度可与同直径的钢材相媲美。此外，它还具有生物相容性(这意味着它可以用于医疗应用)并且可生物降解。但由于多种原因，大规模采集蜘蛛丝已被证明是不切实际的。因此，科学家们一直致力于开发一种在实验室中生产它的机制。

现在，日本理化学研究所可持续资源科学研究中心的研究人员发明了一种可以纺出与天然蜘蛛丝非常匹配的人造蜘蛛丝的装置。人造丝腺能够通过模仿蜘蛛丝腺中自然发生的各种化学和物理变化来重建丝的复杂分子结构。

这项工作发表在《自然通讯》的论文《通过微流体复制剪切介导的蜘蛛丝自组装》中。”

蜘蛛丝

微流体装置。将前体蛛丝蛋白溶液放置在一端，然后通过负压将其拉向另一端。当蜘蛛丝流经微流体通道时，它们会受到化学和物理环境的精确变化，并自组装成丝纤维。

[理化学研究所]

蜘蛛丝是一种由蜘蛛蛋白(具有高度重复序列的大型蛋白质)制成的生物聚合物纤维。丝纤维内有β片层，必须正确排列β片层才能使丝纤维具有独特的机械性能。为了重现这一过程，RIKEN科学家采用了仿生学方法。“在这项研究中，我们尝试使用微流体技术模拟天然蜘蛛丝的生产，这涉及到少量流体通过狭窄通道的流动和操纵，”生物材料化学实验室教授、高分子材料化学系主任KeijiNumata博士解释道。，京都大学。“事实上，我们可以说蜘蛛的丝腺起到了一种天然微流体装置的作用。”

为此，将基于重组MaSp2蛛丝蛋白的前体蛛丝蛋白溶液放置在一个包含通道的小矩形盒子的一端，然后通过负压将其拉向另一端。当蜘蛛丝流经微流体通道时，它们会暴露在化学和物理环境的精确变化中。在正确的条件下，蛋白质自组装成丝纤维，具有其特有的复杂结构。

更具体地说，该策略“结合了离子诱导的液-液相分离、pH驱动的原纤维化和剪切依赖性诱导β-折叠形成。”

除此之外，研究人员还发现，用力推动蛋白质通过是行不通的。只有当他们使用负压拉动蛛丝蛋白溶液时，才能组装出具有正确的β片层排列的连续丝纤维。

“一旦建立并优化了不同的条件，微流体系统的鲁棒性令人惊讶，”RIKEN研究科学家AliMale说道。“纤维组装是自发的、极其快速且具有高度可重复性。重要的是，这些纤维表现出天然丝纤维中独特的层次结构。”

作者写道，“纤维形成需要大约72Pa的阈值剪切应力，并且β-折叠的形成取决于重复序列中聚丙氨酸块的存在。形成的MaSp2纤维的β-折叠含量(29.2%)与剪切应力要求为111Pa的天然拉铲相当。”

使用这种方法人工生产丝纤维的能力不仅有助于减少当前纺织品制造对环境的负面影响，而且蜘蛛​​丝的可生物降解和生物相容性使其成为生物医学应用的理想选择，例如缝合线和人工韧带。

“理想情况下，我们希望对现实世界产生影响，”沼田说。“为了实现这一目标，我们需要扩大我们的纤维生产方法并使其成为一个连续的过程。我们还将使用多种指标来评估人造蜘蛛丝的质量，并在此基础上进行进一步的改进。”

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：