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一项新的研究应该会让漫画书超级英雄蜘蛛侠的粉丝感到高兴。德国慕尼黑工业大学 (M.T.U.) 的研究人员构建了一个用于纺织人工蜘蛛丝短链的微流体(微型管道)系统。新丝链的长度不到半毫米,或 0.02 英寸,其强度和弹性仍未经过测试。
其他研究小组已经创造了长度为数码或更长的丝链,这些丝链的性能接近于真正的蜘蛛丝。长期以来,人们一直希望将这种丝链编织成更轻的防弹背心或人工肌腱和韧带,但即使是相对较短的丝链,也可能在脑外科手术等医疗程序中找到利基应用,M.T.U. 生物物理学家、这项新研究的共同作者 Andreas Bausch 说。
《蜘蛛侠》漫画的爱好者会回忆起,与电影的修订主义相反,蜘蛛侠的网不是从他手腕上的腺体射出的,而是使用他自己设计的一种特殊的网状液体,从一对腕式喷射器中射出。同样,研究人员过去也用注射器制造了自己的网状喷射器。通过一个狭窄的开口,用适当的添加剂强制丝蛋白,使其融合为丝状。
慕尼黑的研究人员将该技术向前推进了一步。他们研究了人工牵引丝,蜘蛛使用牵引丝从天花板上悬挂下来并勾勒出它们的网,其基础是欧洲花园蜘蛛 Araneus diadematus [见图]。该团队的一名成员此前已将一对牵引丝基因(分别称为eADF3 和 eADF4)插入细菌中,以便于生产。Bausch 说,如果没有这些技巧,“你必须挤牛奶才能进行这些实验。”
Bausch 和他的同事使用三叉形通道组 [见图] 首先将溶解的丝蛋白与磷酸钾混合,这会导致丝蛋白聚集成直径为几微米(一微米为百万分之一米)的微观球体。然后,他们将混合物的 pH 值从 8.0 降至 6.0(使其略微更酸性),并将其强制通过一个宽度约为 10 微米的收缩口。
科学家们在《美国国家科学院院刊》上报告说,他们通过将速度提高到每小时 600 微升以上(相当于花园软管每分钟不到 10 盎司),创造了一系列短链。
Bausch 和公司认为,pH 值下降导致球体在通过化学粘性末端结合在一起后改变形状,并且狭窄的收缩口在丝球流动速度足够快时将它们压在一起。他们指出,真正的蜘蛛可以用更悠闲的速度纺织它们的丝,因为它们从粘性更高的丝溶液开始。
怀俄明州拉勒米大学的分子生物学家兰迪·刘易斯说,制造纤维只是第一步。他说,他的团队已经纺织出长达一码的丝链,其拉伸长度可达 50%,抗拉强度约为真正蜘蛛丝的一半。“如果没有力学测试数据,”他说,“真的很难分析他们拥有的系统对于应用是否特别有用。”
但他表示,新系统可能有助于研究人员改进人造丝,因为人造丝的性能会因丝链的不同而以不可预测的方式变化。蜘蛛侠的科学天才化身彼得·帕克肯定会赞同的。