蜘蛛丝比凯夫拉纤维更坚韧,但来自一个意想不到的来源

研究人员使用 CRISPR 基因编辑技术,迫使普通蚕生产用于制造耐用新丝线的材料。
科学家们操纵了普通蚕的基因,使其生产更环保的丝,这种丝可以制成超强材料。DepositPhotos

研究人员已成功让普通蚕吐出更耐用、更环保的蜘蛛丝——这一切只需进行一些基因改造和数十万次蚕卵的显微注射。

尼龙等合成商业织物因其生产过程的碳足迹以及洗涤过程中产生微塑料的倾向,对环境有着极大的危害。尽管蜘蛛丝等天然替代品极具吸引力,但由于蜘蛛的产量相对较低且有同类相食的倾向,因此大规模养殖蜘蛛非常困难。

但如果有一种生物可以大规模生产同样的产品,而且没有同类相食的问题呢?中国东华大学的 Mi Junpeng 团队正朝着这个目标迈进,他们结合使用了 CRISPR 基因编辑和引导性卵子改造技术,培育出可以吐出与蜘蛛丝完全相同的蚕。正如他们最近发表在 Matter 杂志上的论文所述,该团队的突破性研究生产出了比防弹凯夫拉还要坚韧六倍的纤维。

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近年来,研究人员在传统蚕丝的耐用性方面取得了进步,并创造了人造蜘蛛丝。尽管如此,后者的制造工艺在应用关键的脂质和糖蛋白表面层方面效果不佳,这会影响丝线抵抗阳光和湿度的能力。

Mi 团队是第一个成功培育出其分泌物与蜘蛛网材料几乎完全相同的蚕的。

Mi 在一份 9 月 20 日的声明中表示:“蜘蛛丝是一种亟待探索的战略资源。本研究中生产的纤维具有极高的机械性能,在该领域具有显著的潜力。这类纤维可用作手术缝合线,满足全球每年超过 3 亿例手术的需求。”

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为了制造他们蚕-蜘蛛纤维,Mi 和他们的研究同事首先将来自亚洲圆形织网蜘蛛(Araneus ventricosus)的蜘蛛丝蛋白基因植入蚕的 DNA 中。然后,团队进一步改造了基因构成,以确保移植的蛋白质能够与蚕的腺体协同作用,生产出 properly spun 的纤维。

结果超出了团队的预期,提供了高拉伸强度和韧性,同时比预期的具有更高的柔韧性。据 Mi 团队称,新的丝绸制造方法可以促进生物医学工程、航空航天技术、军事能力和其他智能材料领域的发展。

Mi 在其声明中表示:“本文提出的‘本地化’概念以及提出的最小结构模型,与以往的研究有了显著的突破。我们有信心大规模商业化指日可待。”

 

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