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受帽貝啟發(fā)，全新的具有極高強(qiáng)度的生物材料
文章來(lái)源：賢集網(wǎng) 更新時(shí)間：2022-07-14 15:20:58
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這種類(lèi)似蝸牛的小型水生軟體動(dòng)物使用長(zhǎng)有微小牙齒的舌頭將食物從巖石上刮下并放入口中。 這些牙齒含有一種堅(jiān)硬而柔韌的復(fù)合材料，在 2015 年被發(fā)現(xiàn)是已知的最強(qiáng)的生物材料，遠(yuǎn)強(qiáng)于蜘蛛絲，可與包括碳纖維和凱夫拉爾在內(nèi)的人造物質(zhì)相媲美。 該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)成功地在實(shí)驗(yàn)室模擬了帽貝牙齒的形成，并用它來(lái)制造一種新的復(fù)合生物材料。 今天發(fā)表在《自然通訊》雜志上的這項(xiàng)研究表明，它有可能被升級(jí)為可以與合成材料的強(qiáng)度和靈活性相媲美的東西，但可以在不產(chǎn)生有害廢物的情況下進(jìn)行處理。 該大學(xué)藥學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的主要作者 Robin Rumney 博士說(shuō)：“像凱夫拉爾這樣的全合成復(fù)合材料被廣泛使用，但制造過(guò)程可能有毒，材料難以回收且成本高昂。 “在這里，我們有一種材料，就其來(lái)源和制造方式而言，它可能更具可持續(xù)性，并且在其生命結(jié)束時(shí)可以生物降解。” 人們認(rèn)為，帽貝牙齒強(qiáng)度的秘訣在于一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其中包含一種稱(chēng)為幾丁質(zhì)的支架材料的柔性緊密排列的纖維的組合，其中散布著一種稱(chēng)為針鐵礦的含鐵礦物的細(xì)晶體。這些纖維相互交織，就像碳纖維可以用來(lái)增強(qiáng)塑料一樣。 研究人員開(kāi)發(fā)了一些方法，使這些細(xì)胞群能夠在涂有血清的玻璃上在自然環(huán)境之外生長(zhǎng)，它們?cè)谀抢锍练e幾丁質(zhì)和氧化鐵，就像在帽貝牙齒中一樣。 值得注意的是，兩周后，它們自我組織成類(lèi)似于帽貝器官的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為齒舌，它可以制造牙齒。在海綿中也觀察到了這種極其強(qiáng)大的再生，但它們?nèi)狈υ诿必惡推渌涹w動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的組織和器官的復(fù)雜排列。 Rumney 博士甚至找到了從組織樣本和含有干細(xì)胞的群體中長(zhǎng)出牙齒帶的方法。 “我花了六個(gè)月的時(shí)間來(lái)建立這個(gè)過(guò)程”，他補(bǔ)充道。 “我經(jīng)歷了所有我能想到的細(xì)胞可能需要什么以及它們?nèi)绾紊L(zhǎng)的排列。 “這與通常在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中生長(zhǎng)的細(xì)菌或癌細(xì)胞非常不同，因此我們必須從頭開(kāi)始研究什么是有效的。” 在成功復(fù)制了帽貝牙齒的形成后，該團(tuán)隊(duì)隨后能夠生產(chǎn)出半厘米寬的生物材料樣本。他們通過(guò)礦化一層甲殼素來(lái)做到這一點(diǎn)，甲殼素是一種在甲殼類(lèi)動(dòng)物、螃蟹和蝦的外骨骼中發(fā)現(xiàn)的漁業(yè)副產(chǎn)品。 現(xiàn)在已經(jīng)建立了概念驗(yàn)證，Rumney 博士和團(tuán)隊(duì)想要探索這些微型光盤(pán)可以放大和大規(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讓鐵形成，因此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)。如果它真的很好，那么我們已經(jīng)有了器官，這樣我們就可以將感興趣的基因取出，并希望將它們放入細(xì)菌或酵母中以大規(guī)模培養(yǎng)它們。 “很明顯，我們現(xiàn)在在海洋中遇到了塑料危機(jī)，我認(rèn)為這是一個(gè)很好的對(duì)稱(chēng)性，我們可以從海洋生物身上學(xué)到如何通過(guò)用生物替代品代替塑料來(lái)更好地保護(hù)它們。 “這是一個(gè)真正的跨學(xué)科項(xiàng)目，得到海洋生物學(xué)家的全力支持和我們常駐生物信息學(xué)家的積極參與，他們量化了制造牙齒的齒舌的所有基因讀數(shù)。如果沒(méi)有工程師，我們也無(wú)法實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。 X 射線分析和機(jī)械測(cè)試，以及幫助開(kāi)發(fā)這種材料的化學(xué)家。” 該論文的資深作者，樸茨茅斯大學(xué)藥學(xué)與生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的 Darek Gorecki 教授說(shuō)：“我開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目是為了好奇，看看我們是否使用我的研究中應(yīng)用的原理從帽貝的齒舌中培養(yǎng)細(xì)胞。哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室。 “這不僅僅是一項(xiàng)藍(lán)天研究，現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序并沒(méi)有立即顯現(xiàn)出來(lái)，它幾乎是一個(gè)天上掉餡餅的項(xiàng)目。當(dāng)它奏效時(shí)，這就是科學(xué)處于最佳狀態(tài)的地方。” 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_512805.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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