从蚕茧到医学奇迹

科学家正用蚕丝纱线制造动脉、韧带、电路和全息图

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千百年来,商人将丝绸织物从远东沿着丝绸之路带到欧洲,在那里,这种美丽而坚韧的材料被制成令人眼花缭乱的服装。如今,生物工程师正在将蚕吐出的天然蛋白质纤维注入酶和半导体。他们在不同的温度、剪切力和酸性条件下处理改性纤维,以创造出具有非凡性能的新型材料。

医生喜欢丝线缝合,因为它们坚固且与人体组织相容,这意味着人体的免疫系统不会排斥它们。我们在塔夫茨大学的实验室最近扩展了这些特性,制造出可用作移植物的细管,以替换堵塞的动脉段,这可以消除从患者腿部提取静脉用于冠状动脉搭桥手术(通常的手术)的需要。新加坡国立大学的詹姆斯·吴和他的同事们使用植入丝支架中的干细胞,在活猪的膝盖中再生了前交叉韧带。

生物相容性也为工程师提供了一种设计有趣传感器的方法。塔夫茨大学和其他地方的工程师通过在丝绸表面图案化金属或薄膜来制造电子和光子材料。医生可能有一天会将这种薄膜深入大脑,以治疗癫痫或脊髓损伤。动物体内的丝植入物已经证明了药物的缓慢释放,以控制癫痫发作。


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科学家可以预见植入式传感器,这些传感器可以电子方式监测血液或组织中的营养物质、药物剂量或细胞,并可以光学方式记录和传输沿丝纤维的信息。他们可以设计此类设备,使其在其寿命结束时降解,因此无需手术移除。我们可以通过调整蛋白质晶体结构(赋予丝绸闪闪发光的特性)的大小和排列来编程丝绸在特定时间内溶解。

基因进步也近在咫尺。9月,密歇根州兰辛的克雷格生物工艺实验室宣布,他们已经对蚕进行了基因改造,使其生产蜘蛛丝,蜘蛛丝比蚕丝具有更大的拉伸强度,可以改善人工韧带,甚至是大宗商品,如防弹背心。

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