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受帽貝啟發，全新的具有極高強度的生物材料

文章來源：賢集網更新時間：2022-07-14 15:20:58

這種類似蝸牛的小型水生軟體動物使用長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硬而柔韌的復合材料，在 2015 年被發現是已知的最強的生物材料，遠強于蜘蛛絲，可與包括碳纖維和凱夫拉爾在內的人造物質相媲美。

該團隊現在已經成功地在實驗室模擬了帽貝牙齒的形成，并用它來制造一種新的復合生物材料。

今天發表在《自然通訊》雜志上的這項研究表明，它有可能被升級為可以與合成材料的強度和靈活性相媲美的東西，但可以在不產生有害廢物的情況下進行處理。

該大學藥學和生物醫學科學學院的主要作者 Robin Rumney 博士說：“像凱夫拉爾這樣的全合成復合材料被廣泛使用，但制造過程可能有毒，材料難以回收且成本高昂。

“在這里，我們有一種材料，就其來源和制造方式而言，它可能更具可持續性，并且在其生命結束時可以生物降解。”

人們認為，帽貝牙齒強度的秘訣在于一種獨特的結構，其中包含一種稱為幾丁質的支架材料的柔性緊密排列的纖維的組合，其中散布著一種稱為針鐵礦的含鐵礦物的細晶體。這些纖維相互交織，就像碳纖維可以用來增強塑料一樣。

研究人員開發了一些方法，使這些細胞群能夠在涂有血清的玻璃上在自然環境之外生長，它們在那里沉積幾丁質和氧化鐵，就像在帽貝牙齒中一樣。

值得注意的是，兩周后，它們自我組織成類似于帽貝器官的結構，稱為齒舌，它可以制造牙齒。在海綿中也觀察到了這種極其強大的再生，但它們缺乏在帽貝和其他軟體動物中發現的組織和器官的復雜排列。

Rumney 博士甚至找到了從組織樣本和含有干細胞的群體中長出牙齒帶的方法。

“我花了六個月的時間來建立這個過程”，他補充道。

“我經歷了所有我能想到的細胞可能需要什么以及它們如何生長的排列。

“這與通常在實驗室環境中生長的細菌或癌細胞非常不同，因此我們必須從頭開始研究什么是有效的。”

在成功復制了帽貝牙齒的形成后，該團隊隨后能夠生產出半厘米寬的生物材料樣本。他們通過礦化一層甲殼素來做到這一點，甲殼素是一種在甲殼類動物、螃蟹和蝦的外骨骼中發現的漁業副產品。

現在已經建立了概念驗證，Rumney 博士和團隊想要探索這些微型光盤可以放大和大規模生產的可能性。

他說：“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胞的分泌物以更好地理解這一點。如果它真的很好，那么我們已經有了器官，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菌或酵母中以大規模培養它們。

“很明顯，我們現在在海洋中遇到了塑料危機，我認為這是一個很好的對稱性，我們可以從海洋生物身上學到如何通過用生物替代品代替塑料來更好地保護它們。

“這是一個真正的跨學科項目，得到海洋生物學家的全力支持和我們常駐生物信息學家的積極參與，他們量化了制造牙齒的齒舌的所有基因讀數。如果沒有工程師，我們也無法實現我們的目標。 X 射線分析和機械測試，以及幫助開發這種材料的化學家。”

該論文的資深作者，樸茨茅斯大學藥學與生物醫學科學學院的 Darek Gorecki 教授說：“我開始這個項目是為了好奇，看看我們是否使用我的研究中應用的原理從帽貝的齒舌中培養細胞。哺乳動物細胞培養實驗室。

“這不僅僅是一項藍天研究，現實世界的應用程序并沒有立即顯現出來，它幾乎是一個天上掉餡餅的項目。當它奏效時，這就是科學處于最佳狀態的地方。”

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_512805.html
來源：賢集網
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