近期，日本研究人員研發(fā)了一種微流控器件，可紡出與自然產(chǎn)生的蛛絲非常接近的人造蜘蛛絲。人造絲腺能模仿蜘蛛絲腺中自然發(fā)生的各種化學(xué)和物理變化，重建絲的復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究由日本理研可持續(xù)資源科學(xué)中心和理研先鋒研究集群的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)，相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然-通訊》期刊上。

天然蜘蛛絲以其強(qiáng)度高、韌性好、重量輕而聞名，其抗拉強(qiáng)度可與相同直徑的鋼材相媲美。此外，它具有生物相容性。蜘蛛絲是一種生物聚合物纖維，由具有高度重復(fù)序列的大蛋白（蛛絲蛋白）制成。在蜘蛛絲纖維內(nèi)部，有一種被稱(chēng)為β-片層的分子亞結(jié)構(gòu)，它必須正確排列，才能使絲纖維具有獨(dú)特的機(jī)械性能。多年來(lái)，重建這種復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)一直困擾著科學(xué)家。

蜘蛛的絲腺就像是一種的微流控器件。研究人員試圖用微流控來(lái)模擬天然蜘蛛絲的產(chǎn)生，開(kāi)發(fā)出一種外觀像矩形盒子的裝置，里面有微小的溝槽。他們先將前體蛛絲蛋白溶液放置在一端，然后通過(guò)負(fù)壓將其拉向另一端。當(dāng)蛛絲蛋白溶液經(jīng)過(guò)微流控通道時(shí)，它們暴露在化學(xué)和物理環(huán)境的精確變化中。在正確的條件下，蛋白質(zhì)自組裝成絲纖維，并且具備特有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到了這些正確的條件，最終能夠優(yōu)化微流控系統(tǒng)不同區(qū)域之間的相互作用。他們還發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)使用負(fù)壓拉動(dòng)蛛絲蛋白溶液時(shí)，才能組裝出具有正確β-片層排列的連續(xù)絲纖維。

研究人員指出，這項(xiàng)成果不僅可幫助減少目前紡織制造業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，而且蜘蛛絲的生物可降解性和生物兼容性使其成為縫合線(xiàn)和人工韌帶等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的理想材料。

審核編輯：劉清