研究團(tuán)隊(duì)受帽貝啟發(fā)，開發(fā)出具有超強(qiáng)強(qiáng)度的新型生物材料|焦點(diǎn)簡(jiǎn)訊

生物材料(biomaterial)是生物體材料(biological material)和生物醫(yī)用材料(biomedical material)的統(tǒng)稱。生物材料學(xué)是一門綜合性新興學(xué)科，學(xué)科交叉十分廣泛，包括生命科學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、醫(yī)學(xué)等。生物材料應(yīng)用廣泛，尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。世界各國(guó)對(duì)生物工程十分重視，中國(guó)也把生物工程列為重點(diǎn)發(fā)展的科研項(xiàng)目之一。近日，中國(guó)生物多樣性保護(hù)與綠色發(fā)展基金會(huì)（簡(jiǎn)稱中國(guó)綠發(fā)會(huì)，綠會(huì)）國(guó)際部獲悉一篇關(guān)于受帽貝啟發(fā)，開發(fā)具有超強(qiáng)強(qiáng)度的新型生物材料的研究文章，現(xiàn)將其整理編譯如下，供感興趣的朋友參考。

(資料圖)

來(lái)自樸茨茅斯大學(xué)（University of Portsmouth）的由生物學(xué)家、化學(xué)家和工程師組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，受到帽貝的啟發(fā)，成功地培育出了一種具有超強(qiáng)強(qiáng)度的生物材料。

圖源: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31139-0

帽貝是一種水生蝸牛，牙齒非常堅(jiān)硬。它們的牙齒含有一種堅(jiān)硬而柔韌的復(fù)合材料，這是已知的具有最強(qiáng)強(qiáng)度的生物材料，遠(yuǎn)強(qiáng)于蜘蛛絲，可與包括碳纖維和凱夫拉纖維在內(nèi)的人造物質(zhì)媲美。

研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)成功地在實(shí)驗(yàn)室中模擬帽貝牙齒的形成，并制造出一種新的復(fù)合生物材料。這項(xiàng)發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)的研究表明，它很有潛力被升級(jí)為強(qiáng)度和柔韌性堪比合成材料的材料，而且在廢棄處理時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害廢物。

該研究的主要作者、樸茨茅斯大學(xué)藥學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的羅賓·魯姆尼博士（Robin Rumney）說(shuō):“像凱夫拉爾這樣的全合成復(fù)合材料被廣泛使用，但它的制造過(guò)程可能有毒，而且這種材料既昂貴又難以回收。而我們研究的材料，就其來(lái)源和制造方式而言，它可能更具可持續(xù)性，且在使用生命周期結(jié)束時(shí)可以被生物降解。”

帽貝牙齒具有如此強(qiáng)度是基于一種獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)，研究人員開發(fā)了一種方法，讓細(xì)胞群在自然環(huán)境之外的血清涂層玻璃上生長(zhǎng)，兩周后，這些細(xì)胞自我組織，表現(xiàn)出極其強(qiáng)大的再升能力，形成了類似帽貝牙齒的結(jié)構(gòu)。

羅賓·魯姆尼博士補(bǔ)充道：“我花了6個(gè)月的時(shí)間來(lái)建立這個(gè)流程，我見證了我能想到的每一種排列，以了解細(xì)胞可能需要什么，以及它們?nèi)绾紊L(zhǎng)。這與通常在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中培養(yǎng)的細(xì)菌非常不同，所以我們必須從頭開始研究可行的方法?！?/p>

在成功復(fù)制帽貝牙齒的形成過(guò)程后，該團(tuán)隊(duì)隨后生產(chǎn)出了半厘米寬的生物材料樣本。目前，魯姆尼博士和他的團(tuán)隊(duì)正在探索這種材料被大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

他說(shuō):“我們的下一步是尋找其他方法來(lái)促進(jìn)鐵的形成，所以我們正在研究帽貝細(xì)胞的分泌物以更好地理解這一點(diǎn)。如果效果好的話，我們可以把感興趣的基因提取出來(lái)，并將它們放入細(xì)菌或酵母中大規(guī)模培養(yǎng)它們。對(duì)于我們現(xiàn)在所面臨的海洋塑料危機(jī)，我認(rèn)為我們可以從海洋生物身上學(xué)習(xí)如何通過(guò)使用生物替代品來(lái)替代塑料，從而更好地保護(hù)海洋生物?！?/p>

“這是一個(gè)真正的跨學(xué)科項(xiàng)目，得到了海洋生物學(xué)家的全力支持和生物信息學(xué)家的積極參與，后者量化了從制造牙齒的齒槽的所有基因。同時(shí)，研究也得到了進(jìn)行x射線分析和力學(xué)測(cè)試的工程師以及開發(fā)這種材料的化學(xué)家的幫助，沒(méi)有他們，研究也不可能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。”

研究的資深作者、樸茨茅斯大學(xué)藥學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的戴瑞克·戈雷基教授（Darek Gorecki）說(shuō):“這個(gè)項(xiàng)目雖然始于好奇心，但它可不僅僅是一項(xiàng)“藍(lán)天研究”，當(dāng)它真正應(yīng)用于實(shí)踐時(shí)，我們就能體驗(yàn)到科學(xué)的神奇。

參考資料：https://phys.org/news/2022-07-biomaterial-super-strength-limpets.html

編譯：Sara

審核：Lucy

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